JP4323351B2 - 制動性能検出方法および制動性能検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータが備える制動手段の制動性能を検出する制動性能検出方法に関する。たとえば本発明は、産業ロボットに搭載されるサーボモータのブレーキの異常を検出する方法に関する。

産業用ロボットは、アームを駆動させるためにサーボモータが搭載される。モータの出力軸は、回転可能に設けられ、アームに駆動力を伝達する。またモータには、アームの姿勢を保持するためのブレーキが設けられる。このブレーキの保持トルクは、産業用ロボットの使用期間の経過とともに低下する。

ブレーキの保持トルクが許容トルク以下に低下すると、アームの姿勢を保持することができない場合がある。したがってブレーキの保持トルクが許容トルク以上であるか否かを定期的に検査する必要がある。

第１の従来の技術として、産業用ロボットからモータを取外して、ブレーキの保持トルクを測定する技術がある。この技術では、トルク測定結果に基づいて、ブレーキの保持トルクの低下を判断する。

第２の従来の技術として、ロボット停止時のアームの姿勢と、再可動時のアームの姿勢とを比較する技術がある。この技術では、自重落下などによって停止時と再可動時とのアームの姿勢が変化した場合に、ブレーキの保持トルクが低下していることを判断する（たとえば特許文献１参照）。

第３の従来の技術として、ブレーキを動作させるとともにモータに予め定める基準トルクを発生させた場合に、モータの回転の有無を検出する技術がある。この技術では、ブレーキ動作状態でモータが回転すると、ブレーキの保持トルクが低下していることを判断する（たとえば特許文献２参照）。

特開平７−３９１９０号公報 特開平６−２４６６７４号公報

第１の従来技術では、ブレーキの保持トルクを確認するために、モータを産業用ロボットから取外す必要がある。したがってブレーキの保持トルクの測定作業を容易にできないという問題がある。

第２の従来技術では、アームの姿勢によっては、保持トルクが低下しても自重落下しない場合がある。この場合、ブレーキの保持トルクの低下を判断することができない。またアームが自重落下するほどに保持トルクが低下するまで、保持トルクの低下を判断することができない。したがって保持トルクの低下を正確に判断することができないという問題がある。

第３の従来技術では、ブレーキの保持トルク検出にあたって、モータは、一定の基準トルクを発生する。しかしながらアームを回転するために必要なトルクは、アームの姿勢によって変化する。したがって一定の基準トルクを発生するだけでは、アームの姿勢に関連してモータの回転の有無が変化し、保持トルクの低下を正確に検出することができない。またブレーキの保持トルクの低下にかかわらず、モータが発生する基準トルクが一定である。したがって、ブレーキの保持トルクが大きく低下した場合には、アームが大きく移動して他の装置またはワークに衝突するおそれがある。

このような問題は、産業用ロボット用モータ以外であっても同様である。すなわち制動手段を有するアクチュエータの制動性能の検出動作を簡単かつ正確に行うことができない。

したがって本発明の目的は、制動手段の制動性能を簡単かつ正確かつ安全に行うことができる制動性能検出方法および制動性能検出装置を提供することである。

本発明は、動作量を指令する指令信号が与えられることによって、指令信号によって指令される動作量だけ動作するアクチュエータ本体と、アクチュエータ本体に制動力を与えてアクチュエータ本体を制動する制動手段とを備え、産業用ロボットに搭載され、産業用ロボットのアームを駆動するアクチュエータにおける制動手段の制動性能を検出する制動性能検出方法であって、
アクチュエータ本体に制動力を与えて、アクチュエータ本体を制動する制動状態と、アクチュエータ本体への制動力の供給を停止して、アクチュエータ本体の制動を解除する制動解除状態とのいずれか一方の状態に、制動手段を設定する制動状態設定工程と、
制動状態および制動解除状態のいずれか一方の状態に制動手段を設定した状態で、アクチュエータ本体によって駆動されるアームの姿勢に基づいて、予め定める動作量だけ動作するように指令する制動性能検出用の指令信号を、アクチュエータ本体への動力供給を停止する直前にアクチュエータ本体に与える動作指令工程と、
制動性能検出用の指令信号を与える前と、制動性能検出用の指令信号を与えた後とのアクチュエータ本体の動作量の変化を検出する動作量検出工程と、
前記動作量検出工程によって検出されるアクチュエータ本体の動作量の変化と、予め定めるしきい値とを比較して、制動性能を評価し、評価結果を報知する報知工程とを含むことを特徴とする制動性能検出方法である。

本発明に従えば、制動性能の検出動作を開始すると、制動状態および制動解除状態のいずれかの状態に制動手段を設定する。次に、予め定める動作量だけ動作するようにアクチュエータ本体に指令信号を与える。指令信号が与えられたアクチュエータ本体は、予め定める動作量移動するために必要な駆動力を発生する。

制動手段が制動状態にある場合、制動手段の制動力が十分高ければアクチュエータ本体はほとんど動作しない。また制動手段の制動力が低下しているとアクチュエータ本体は動作する。したがって制動性能検出用の指令信号を与える前後におけるアクチュエータ本体の動作量の変化を検出することによって、制動手段の制動性能のうち、制動力の低下具合を検出することができる。

同様に、制動手段が制動解除状態にある場合、制動手段の制動解除動作が正常に行われると、アクチュエータ本体は動作する。また制動手段の制動解除動作に異常が生じると、アクチュエータ本体の動作量が抑制される。したがって制動信号検出用の指令信号を与える前後におけるアクチュエータ本体の動作量の変化を検出することによって、制動手段の制動性能のうち、制動解除異常を検出することができる。

また、アームを移動させるためにアクチュエータ本体が発生すべき駆動力は、アームの姿勢によって変化する。本発明では、アームの姿勢に基づいて制動性能検出用の指令信号を生成するので、予め定める動作量を移動する指令信号を正確に生成することができ、アームの姿勢にかかわらず制動手段の制動性能の出を行うことができる。
さらに、制動手段の制動力の低下を検出することで、制動手段によってアクチュエータ本体を制動した場合に、外力によってアームの姿勢が変化するおそれがあることを認識することができる。したがって、制動手段によるアクチュエータ本体の制動指令が与えられた場合に、アクチュエータ本体が不所望に移動することを防ぐことが可能である。

また、制動性能を評価すると、報知工程で評価結果を報知する。これによって作業者に、制動手段の制動性能を知させることができる。

さらに、前記アクチュエータは産業用ロボットに搭載され、制動手段はアクチュエータ本体を制動することで、アームの姿勢を維持する。産業用ロボットは、一定の姿勢でアームが保持されることが少なく、作業形態ごとに異なった姿勢でアームが保持される。アームを保持する姿勢が異なる場合には、アームの姿勢維持のために必要な制動力も変化する。本発明では、アームの姿勢にかかわらず、制動性能を検出することができるので、アームを保持する姿勢が異なる場合であっても、制動手段の制動性能を精度よく検出することができる。

また本発明は、前記制動性能検出方法によって検出されるアクチュエータ本体の動作量の変化と、予め定めるしきい値とに基づいて、制動手段の制動性能の低下を検出する性能低下判定工程と、
性能低下判定工程によって制動手段の制動性能の低下を検出すると、アクチュエータ本体によって駆動されるアームの姿勢を維持するために、アクチュエータ本体へ動力を供給する姿勢維持工程とを含むことを特徴とするアクチュエータの制御方法である。

本発明に従えば、アームの姿勢を維持する場合、制動手段の制動力が低下していた状態では、アクチュエータ本体へ動力を供給することによってアームの姿勢を維持する。これによって制動手段の制動力が低下している場合であっても、アームの姿勢が変化することを防ぐことができる。

また本発明は、前記制動性能検出方法を実行した後に、制動性能検出用の指令信号を与える前の状態となるように、アクチュエータ本体を動作させることを特徴とするアクチュエータの制御方法である。

本発明に従えば、制動性能検出動作を実行した後、制動性能検出前の状態にアクチュエータ本体を復帰させる。これによってアクチュエータが他の動作を実行中であっても、制動性能検出動作を実行することができ、利便性を向上することができる。

また本発明は、動作量を指令する指令信号が与えられることによって、指令信号によって指令される動作量だけ動作するアクチュエータ本体と、アクチュータ本体に制動力を与えてアクチュエータ本体を制動する制動手段とを備え、産業用ロボットに搭載され、産業用ロボットのアームを駆動するアクチュエータにおける制動手段の制動性能を検出する制動性能検出装置であって、
制動性能検出指令が与えられる入力手段と、
アクチュエータ本体を制動する制動状態と、アクチュエータ本体の制動を解除する制動解除状態とのいずれか一方の状態に制動手段を設定して、その状態で、アクチュエータ本体によって駆動されるアームの姿勢に基づいて、予め定める動作量だけ動作するように指令する制動性能検出用の指令信号を、アクチュエータ本体への動力供給を停止する直前にアクチュエータ本体に与え、制動性能検出用の指令信号を与える前と、制動性能検出用の指令信号を与えた後とのアクチュエータ本体の動作量の変化を検出する制御手段と、
制御手段による検出結果を出力する出力手段とを含むことを特徴とする制動性能検出装置である。

本発明に従えば、制御手段は、入力手段に制動性能検出指令が与えられると、制動性能の検出動作を開始する。制御手段は、制動状態および制動解除状態のいずれかの状態に制動手段を設定する。次に、予め定める動作量だけ動作するようにアクチュエータ本体に指令信号を与える。指令信号が与えられたアクチュエータ本体は、予め定める動作量移動するために必要な駆動力を発生する。

制動手段が制動状態にある場合、制動手段の制動力が十分高ければアクチュエータ本体はほとんど動作しない。また制動手段の制動力が低下しているとアクチュエータ本体は動作する。したがって制御手段が、制動性能検出用の指令信号を与える前後におけるアクチュエータ本体の動作量の変化を検出することによって、制動手段の制動性能のうち、制動力の低下具合を検出することができる。

同様に、制動手段が制動解除状態にある場合、制動手段の制動解除動作が正常に行われると、アクチュエータ本体は動作する。また制動手段の制動解除動作に異常が生じるとアクチュエータ本体の動作量が抑制される。したがって制動信号検出用の指令信号を与える前後におけるアクチュエータ本体の動作量の変化を検出することによって、制動手段の制動性能のうち、制動解除異常を検出することができる。

本発明によれば、予め定める動作量だけ動作するように指令する制動性能検出用の指令信号をアクチュエータ本体に与える。そしてアクチュエータ本体の動作量の変化を検出することによって、制動手段の制動性能を検出する。アクチュエータ本体は、予め定める動作量以上動作することがない。したがって制動手段の制動力が低下していた場合であっても、アクチュエータ本体によって駆動されるアームが過剰に移動することを防ぐことができ、アームが他の装置およびワークなどに衝突することを防止することができる。

またアクチュエータ本体は、予め定める動作量移動するために必要な駆動力を発生する。したがってアームにかかわらず、正確に制動手段の性能を判断することができる。たとえばアームの重量に応じた駆動力をアクチュエータ本体に発生させることができ、アームの重量にかかわらず制動手段の制動性能を正確に検出することができる。

また、アームの姿勢に基づいて、制動性能検出用の指令信号をアクチュエータ本体に与える。これによってアームの姿勢にかかわらず、制動手段の制動性能を正確に検出することができる。たとえばアームの姿勢が、１つに決まっておらず、随時変更される場合であっても、制動手段の制動性能を正確に検出することができる。また制動手段の制動性能の検出動作を行うために、予め定められる姿勢にアームを移動させる必要がなく、短時間で制動性能の検出動作を行うことができる。

また、アクチュエータ本体への動力供給を停止する直前に、制動手段の制動力低下の検出を実行する。これによって制動手段によってアクチュエータ本体に制動力を与えた場合に、外力によってアクチュエータ本体が移動するおそれがあることを認識することができ、アクチュエータ本体が不所望に移動することを防ぐことができる。

たとえば制動手段の制動力が低下している場合には、アームの姿勢が変化するであろうことを認識することができるので、自重によるアームの姿勢変化に対して何らかの対策を講じることができる。

また、アクチュエータは、産業用ロボットに搭載され、制動手段は、アームの姿勢を維持する。産業用ロボットのアームは、作業形態によってアームの姿勢が異なる。本発明では、アームの姿勢にかかわらず、制動手段の制動性能を検出することができる。これによってアームの姿勢を変更することなく制動性能の検出を行うことができ、利便性を向上することができる。また産業用ロボットからアクチュエータを取り出すことなく、制動手段の制動性能を検出することができ、簡単にかつ短時間に制動性能の検出を行うことができる。

また本発明によれば、制動手段の制動力が低下していた状態でアームの姿勢を維持する場合、アクチュエータ本体へ動力を供給してアームの姿勢を維持する。これによって制動手段の制動力が低下している場合であっても、アームの姿勢が変化することを防ぐことができる。これによってアームが他の装置に衝突することを防ぐことができ、新しい制動手段に交換するまでの期間であっても、アクチュエータを動作させることができ、作業効率を向上することができる。

また本発明によれば、制動手段の制動性能の評価結果を報知することによって、作業者に制動性能を知らせることができ、利便性を向上することができる。たとえば制動手段の制動力の低下を報知することによって、制動力の低下に起因する損傷が発生する前に、警告を発することができ、損傷が生じることを未然に防ぐことができる。またたとえば制動手段の制動解除異常を報知することによって、アクチュエータの故障原因を解明することができる。
また本発明によれば、制動性能検出動作を実行した後、制動性能検出前の状態となるようにアクチュエータ本体を動作させる。これによってアクチュエータが他の動作を実行中であっても、制動性能検出動作を実行することができ、利便性を向上することができる。

また本発明によれば、制御手段が、予め定める動作量だけ動作するように指令する制動性能検出用の指令信号をアクチュエータ本体に与える。そしてアクチュエータ本体の動作量の変化を検出することによって、制動手段の制動性能を検出する。これによってアクチュエータ本体は、予め定める動作量以上動作することがない。これによって制動手段の制動力が低下していた場合であっても、アクチュエータ本体によって駆動される可動体が過剰に移動することを防ぐことができ、可動体が他の装置およびワークなどに衝突することを防止することができる。

またアクチュエータ本体は、予め定める動作量移動するために必要な駆動力を発生する。したがってアームにかかわらず、正確に制動手段の性能を判断することができる。たとえばアームの重量に応じた駆動力をアクチュエータ本体に発生させることができ、アームの重量にかかわらず制動手段の制動性能を正確に検出することができる。

図１は、本発明の実施の一形態である制動性能検出方法の動作手順を示すフローチャートである。本発明の制動性能検出方法は、たとえば産業用ロボットに搭載されるブレーキの異常を検出する。

図２は、産業用ロボット１を示す斜視図であり、図３は、産業用ロボット１の電気的構成の一部を示すブロック図である。産業用ロボット１（以下単にロボット１と称する）には、複数のアーム２が連結されて構成され、各アーム２は互いに変位自在に設けられる。本発明の実施の形態の一例示としてロボット１は、６軸多関節ロボットであり、先端部に抵抗スポット溶接装置が連結される。

ロボット１は、アーム毎にアクチュエータ３を搭載する。アクチュエータ３は、対応するアーム２を変位駆動する。アクチュエータ３は、アクチュエータ本体となるサーボモータ６（以下モータ６と称する）と、制動手段となるブレーキ８と、動作量検出手段となるエンコーダ７とを備える。モータ６の出力軸が回転することによって、隣接する２つのアームのうち、一方のアームが他方のアームに対して回転する。なお、本発明において、用語「回転」は、角変位する状態も含む。

ロボット１は、各モータ６に電流を流すアンプ４と、アンプ４を制御する制御手段５とを備える。モータ６は、アンプ４から電力が与えられることによって、出力軸を回転する。各モータ６は、流れる電流が大きくなるにつれて駆動力が大きくなる。エンコーダ７は、モータ６の出力軸の角度位置を検出し、検出結果である位置検出値を制御手段５に与える。

ブレーキ８は、動作状態にあっては、モータ６の出力軸に制動力を与えて、モータ６の出力軸の回転を阻止する。またブレーキ８は、動作解除状態にあっては、モータ６への制動力の供給を停止して、モータ６の出力軸の回転を許容する。制御手段５は、ブレーキ８に指令を与えることによって、ブレーキ８を制動状態および制動解除状態のいずれかの状態に設定可能である。

なお、本実施の形態のロボットは、自動サーボオフ機能を有する。自動サーボオフ機能を具体的に説明すると、アーム２の姿勢を維持する場合に制御手段５は、ブレーキ８によってモータ６の出力軸の回転を阻止したうえで、モータ６への電流供給を停止する。この場合、重力などの外力がアーム２に作用していても、ブレーキ８によって出力軸の回転が阻止されて、アーム２の姿勢が維持される。このようにモータ６への電力供給をなくすことで、ロボット１の消費電力を低減することができる。

ブレーキ８がモータ６の出力軸に与える制動力、言換えると保持トルクは、時間経過とともに低下する。ブレーキ８の保持トルクが許容トルク未満に低下すると、重力によってアーム２の姿勢が変化してしまい、アーム２の姿勢を保つことができない場合がある。本発明の制動性能検出方法は、ブレーキ８の保持トルクが許容トルク以上か否かを検出する。言換えると、ブレーキ８の保持トルクの低下を検出する。

図４は、制御手段５を示すブロック図である。制御手段５は、本発明の制動性能検出方法を実行する。制御手段５は、入力部１１と、出力部１２と、演算部１３と、記憶部１４とを含む。入力部１１は、作業者などから制動性能検出動作を指令する検出指令が入力される。また入力部１１は、モータ６への電力供給を開始する電力供給開始指令、およびモータ６への電力供給を停止する電力供給停止指令が入力されてもよい。入力部１１は、入力された各指令を演算部１３に与える。

出力部１２は、演算部１３によって算出されたブレーキ８の制動性能を出力する。また記憶部１４は、演算部１３が制動性能検出動作を実行するための演算プログラムおよび演算時に算出されるデータを一時的に記憶する。演算部１３は、記憶部１４に記憶される演算プログラムを読み出し、その演算プログラムを実行することによって制動性能検出方法の各手順を順次行う。

制御手段５は、たとえばコンピュータによって実現される。この場合、入力部１１は、キーボードおよびスイッチなどで実現される。また出力部１２は、ディスプレイなどの表示装置で実現される。また記憶部１４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only memory）などの記憶回路によって実現され、演算部１３は、ＣＰＵ（
Central Processing Unit）などの演算回路によって実現される。

制御手段５は、ブレーキ８の制動性能を検出する制動性能検出装置として実現される。制御手段５は、ブレーキ８の制動性能を検出するために別途設けられてもよいが、ロボット１を制御するロボットコントローラを用いても実現することができる。この場合、演算プログラムをロボットコントローラに記憶させるだけでよい。したがって新たな構成を追加する必要がなく、制動性能検出装置を簡単に実現することができる。

またロボット１は、報知手段９を備えている。報知手段９は、制御手段５から出力されるブレーキ８の制動性能を示す信号が与えられて、ブレーキ８の異常を報知する。報知手段９は、ディスプレイなどの表示手段またはブザーなどの放音手段によって実現される。

図１に示すように、ステップａ０で、作業者は、入力部１１からブレーキ８の保持トルク検出指令を入力する。制御手段５は、入力部１１に保持トルク検出指令が入力されると、ステップａ１に進み、ブレーキ８の保持トルクの検出動作を開始する。ブレーキ８の保持トルクの検出動作は、ブレーキ８の性能検出動作のうちの１つである。

ステップａ１では、制御手段５は、ブレーキ８を動作させて、制動力をモータ６の出力軸に与える。そしてモータ６を制動状態に設定し、ステップａ２に進む。ステップａ２では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、モータ６が予め定める移動量だけ移動するに必要な電流設定値を生成し、ステップａ３に進む。

ステップａ３では、制御手段５は、モータ６を予め定める移動量だけ動作するように指令し、ステップａ４に進む。具体的には、ブレーキ８によってモータ６を制動した状態で、生成した電流設定値をアンプ４に与える。アンプ４は、制御手段５から与えられる電流設定値に基づいた電流をモータ６に流す。

ステップａ４では、制御手段５は、ブレーキ８の動作を解除させ、ステップａ５に進む。これによってモータ６は、制動力の供給が停止され、モータ６は制動解除状態に設定される。ステップａ５では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、モータ６の動作量の変化、すなわちモータ６の変化量を求める。

モータ６の変化量は、ステップａ１におけるブレーキ動作時のモータ６の出力軸の角度位置と、ステップａ４におけるブレーキ動作解除時のモータ６の出力軸の角度位置との偏差量である。言換えると、保持トルク検出のための電力をモータに与える前後におけるモータ６の出力軸の変化量である。制御手段５は、このモータ６の変化量を、予め定める滑りしきい値と比較する。

モータ６の出力軸は、減速器を介して、駆動力をアーム２に伝達する。またロボット１の動力伝達機構によるあそびによって、モータ６の出力軸がある程度の角度以上回転しないと、アームは角変位しない。この場合、滑りしきい値は、動力伝達機構のあそびに相当する角度に予め定める余裕角度を足し合せた角度に設定される。

モータ６の変化量が滑りしきい値よりも大きい場合には、ステップａ６に進む。またモータ６の変化量が滑りしきい値よりも小さい場合には、ステップａ７に進む。滑りしきい値は、ブレーキ８の保持トルクが許容トルクと同じである場合における、モータ６の変化量である。なお、制御手段５は、モータ６の変化量が大きい場合には、ブレーキ８の保持トルクが低下していると判断する。

ステップａ６では、保持トルクが許容トルク値よりも小さいこと、すなわちブレーキ８が異常であることを報知手段９によって警告し、ステップａ７に進む。ステップａ７では、保持トルクの検出動作を終了する。このようにしてブレーキ８の制動性能の１つである保持トルクを検出することができる。

本実施の形態に従えば、ブレーキ８が制動状態にある場合、ブレーキ８の保持トルクが十分高ければモータ６はほとんど動作しない。またブレーキ８の制動力が低下しているとモータ６は動作する。したがって制動性能検出用の電流をモータ６に与える前後におけるモータ６の変化量を検出することによって、ブレーキ８の制動性能のうち、制動力の低下具合を検出することができる。

また制御手段５の指示にしたがって、アンプ４は、予め定める動作量だけ動作するように電流をモータ６に与える。これによってモータ６は、予め定める動作量以上動作することがない。したがってブレーキ８の保持トルクが著しく低下していた場合であっても、アーム２が過剰に移動することを防ぐことができ、アーム２が他の装置およびワークなどに衝突することを防止することができる。またモータ６は、予め定める動作量移動するために必要な駆動力を発生する。したがってアーム２の重量に応じた駆動力をモータ６に発生させることができ、アーム２に与えられる重力にかかわらず、ブレーキ８の保持トルクを正確に検出することができる。

また、報知手段９によって保持トルクの低下を報知することによって、作業者に、保持トルク低下を知らせることができる。これによって作業者は、保持トルク低下に起因する不具合を解消する処置を講じることができる。

また、上述したフローチャートでは、ブレーキ８の保持トルクが、アームの姿勢を維持するための臨界値となる許容トルクである場合のモータ６の許容変化量を滑りしきい値として設定した。滑りしきい値は、他の値であってもよい。

たとえばブレーキ８の保持トルクが許容トルクよりもやや大きい場合における、モータ６の変化量を滑りしきい値として設定してもよい。この場合、ステップａ５において、モータ６の変化量が滑りしきい値よりも大きい場合には、ブレーキ８の交換時期が近づいていることを作業者に知らせることができる。これによってブレーキ８の交換が必要となる前に、新しいブレーキ８を準備することができ、利便性を向上することができる。

また、制御手段５は、ステップａ５においてモータ６の変化量を検出して、変化量に基づいて、ブレーキ８の保持トルクの大きさを推定してもよい。そして推定結果からブレーキ８の交換時期を推定し、その交換時期を報知手段９によって報知してもよい。これによってさらに利便性を向上することができる。

ステップａ０において、作業者からブレーキ８の保持トルク検出指令が与えられて、ブレーキ８の保持トルクの検出動作を開始するとした。他の例としてステップａ０において、制御手段５は、モータ６への電力供給を停止する電力供給停止指令が与えられると、モータ６への電力供給を停止する前に、ブレーキ８の保持トルクの検出動作を開始してもよい。これによって作業者は、モータ６への電力供給を停止する前に、ブレーキ８によってアーム２の姿勢を維持できるか否かを判断することができる。これによって作業者は、アーム２の自重落下を防ぐ処置を講じることができる。

図５は、制御手段５によるモータ６の制御系を示すブロック線図である。ロボットコントローラによって制御手段５が実現される場合、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値ｂに基づいて、モータ６をフィードバック制御する。

具体的には、制御手段５は、制御系として、位置指令値設定部２０と、第１比較部２１と、第２比較部２２と、第３比較部２３と、第１乗算部２４と、第２乗算部２５と、微分演算部２６と、積分演算部２７と、制限器２８と、重力補償部２９とを含む。実際には、上述した各演算部２０〜２７は、制御手段５の演算部１３が記憶部１４に記憶されるプログラムを実行することによって、それぞれの各演算部２０〜２７の機能を実現することができる。

位置指令値設定部２０は、演算プログラムに従ってアーム２の移動すべき位置を示す位置指令値ａを設定する。位置指令値設定部２０は、設定した位置指令値ａを第１比較部２１に与える。第１比較部２１は、位置指令値設定部２０から位置指令値ａを取得し、エンコーダ７から位置検出値ｂを取得する。第１比較部２１は、位置指令値ａから位置検出値ｂを減算して、その演算結果ｃを第１乗算部２４に与える。

第１乗算部２４は、第１比較部２１の演算結果ｃに、予め定める係数である位置ゲインＫｐを乗算し、その演算結果ｄを第２比較部２２に与える。微分演算部２６は、エンコーダ７から与えられる位置検出値ｂを微分演算し、その演算結果ｅを第２比較部２２に与える。

第２比較部２２は、第１乗算部２４による演算結果ｄと、微分演算部２６による演算結果ｅとを取得する。そして第２比較部２２は、第１乗算部２４による演算結果ｄから微分演算部２６による演算結果ｅを減算して、その演算結果ｆを第２乗算部２５に与える。第２乗算部２５は、第２比較部２２の演算結果ｆに予め定める係数である速度ゲインＫｖを乗算し、その演算結果ｇを第３比較部２３と積分演算部２７とにそれぞれ与える。

積分演算部２７は、第２比較部２５の演算結果ｇを取得して、その値を積分演算し、さらに積分演算結果に予め定める係数である速度補償ゲインＫｉを乗算して、その演算結果ｈを第３比較部２３に与える。第３比較部２３は、第２乗算部２５による演算結果ｇと、積分演算部２７による演算結果ｈとを取得し、それらを加算して電流指令値ｉとして生成する。そして第３比較部２３は、生成した電流指令値ｉを制限器２８に与える。

制限器２８は、入力された電流指令値ｉが許容電流指令値範囲内である場合には、制限せずに入力された電流指令値を出力する。また制限器２８は、入力された電流指令値ｉが許容電流指令値範囲外である場合には、入力された電流指令値ｉを制限して出力する。制限器２８は、出力した電流指令値をアンプ４に与える。

なお、制限器２８の許容電流値指令範囲は、重力補償部２９によって設定される。重力補償部２９は、各エンコーダ７から位置検出値ｂを取得し、それらの位置検出値ｂに基づいてアーム２の姿勢を演算する。そして演算したアーム２の姿勢に基づいて、制限器２８の許容電流指令値範囲を決定する。

制御手段５は、アーム２を目標位置に移動させる場合に、上述した制御系によってアンプ４に与える電流指令値を決定する。また制御手段５は、ブレーキ８の性能検出動作、たとえば保持トルクの検出動作を行う場合も、上述した制御系によってアンプ４に与える電流指令値を決定する。

位置指令値設定部２０は、ブレーキ８の保持トルク検出動作にあたって、位置指令値を順次更新する。位置指令値設定部２０は、位置指令値ａを位置検出値ｂと等しい値に設定してから、予め定める単位位置指令値分だけ順次積算することによって位置指令値を更新する。言換えると、位置指令値は、保持トルク検出動作前の位置検出値ｂと同じ値から、単位位置指令値ずつ位置指令値を更新し、保持トルク検出前の位置検出値ｂから最大位置指令値に達するまで、位置指令値を更新する。

たとえば単位位置指令値は、モータ６の出力軸を０．０３度角変位させるに必要な指令値である。また最大位置指令値は、モータ６の出力軸を１度角変位させるに必要な指令値またはアーム２の先端を１ｍｍ移動させるに必要な角変位量に相当する指令値である。

本実施の形態では、アーム２の角変位量を設定できる。アーム２の角変位量を小さく設定すると位置指令値設定部２０が位置指令値を最大位置指令値に設定した場合であっても、アーム２の角変位量は小さい。したがって狭い空間にアーム２が配置される場合であっても、アーム２がワークおよび他の装置などの障害物に衝突することを防止することができる。また減速器を介することで、モータ６の角変位量に比べて、アーム２の角変位量をある程度小さくすることができる。

図６は、重力の影響を受けないアーム２を駆動するモータ６に関連する制限器２８の入出力関係を示すグラフである。アーム２が重力の影響を受けない場合、アーム２を一方向に移動させるに必要な電流指令値と、アーム２を他方向に移動させるに必要な電流指令値とが等しい。制限器２８は、モータ６の出力軸への制動力の供給を停止した無制動時と、モータ６の出力軸へ制動力を与えた制動時とで電流指令値の入出力関係が異なる。

無制動時において、制限器２８は、入力電流指令値が、予め定める無制動時許容範囲に含まれる場合は、入力される入力電流指令値を出力電流指令値として出力する。制限器２８は、入力電流指令値が予め定める無制動時許容上限指令値ｉ１以上であると、予め定める無制動時出力電流上限指令値ｉ５を出力する。また制限器２８は、入力電流指令値が予め定める無制動時許容下限指令値ｉ２以下であると、予め定める無制動時出力電流下限指令値ｉ６を出力する。これによってモータ６に過電流が流れることを防止することができる。

制動時において、制限器２８は、入力電流指令値の絶対値が、予め定める制動時許容範囲に含まれる場合は、入力される入力電流指令値を出力電流指令値として出力する。制限器２８は、入力電流指令値が予め定める制動時許容上限指令値ｉ３以上であると、予め定める制動時出力電流上限指令値ｉ７を出力する。また制限器２８は、入力電流指令値が予め定める許容下限指令値ｉ４以下であると、予め定める制動時出力電流下限指令値ｉ８を出力する。

なお、無制動時許容範囲および制動時許容範囲は、電流指令値がゼロの状態をそれぞれ含む。また制動時許容範囲は、無制動時許容範囲よりも狭い範囲に設定される。制動時出力電流上限指令値ｉ７は、無制動時出力電流上限指令値ｉ５以下であり、制動時出力電流下限指令値ｉ８は、無制動時出力電流下限指令値ｉ６以上である。これによって制動時にモータ６に流れる最大電流を無制動時に比べて小さくすることができ、ブレーキ８の制動能力の検出時におけるアーム２の加速を抑えることができる。

図７は、重力の影響を受けるアーム２を駆動するモータ６に関連する制限器２８の入出力関係を示すグラフである。アーム２が重力の影響を受ける場合、アーム２を一方向に移動させるに必要な電流指令値と、アーム２を他方向に移動させるに必要な電流指令値とが異なる。重力に抗して移動する場合は、アーム２を移動させるに必要な電流指令値が大きく、重力に従って移動する場合は、アーム２を移動させるに必要な電流指令値が小さい。

制限器２８は、重力の影響を考慮しアーム２の姿勢に基づいて、予め定める重力補償設定値だけ入力電流指令値に対する出力電流指令値を変更する。具体的には、出力電流指令値を表わす縦軸に沿って重力補償設定値だけ図６に示す入出力関係線がスライドした入出力関係線を設定する。このような入出力関係の変更および重力補償設定値の導出は、重力補償部２９によって設定される。重力分の補償については、周知の技術を用いて、実現できる。

重力の影響を受ける場合、無制動時において、制限器２８は、入力電流指令値が、予め定める無制動時許容範囲に含まれる場合は、入力される入力電流指令値に重力補償設定値を加えて出力電流指令値として出力する。制限器２８は、入力電流指令値が予め定める無制動時許容上限指令値ｉ１１以上であると、予め定める無制動時出力電流上限指令値ｉ１５を出力する。また制限器２８は、入力電流指令値が予め定める無制動時許容下限指令値ｉ１２以下であると、予め定める無制動時出力電流下限指令値ｉ１６を出力する。この場合には、出力電流上限指令値ｉ１５と出力電流上限指令値ｉ１６とは、重力の影響を受けない場合に比べて重力補償設定値が加算された値となる。なお、重力補償設定値は、アーム２の姿勢によっては負の値となる場合もある。

重力の影響を受ける場合、制動時において、制限器２８は、入力電流指令値が、予め定める制動時許容範囲に含まれる場合は、入力される入力電流指令値に重力補償設定値を加えて出力電流指令値として出力する。制限器２８は、入力電流指令値が予め定める制動時許容上限指令値ｉ１３以上であると、予め定める制動時出力電流上限指令値ｉ１７を出力する。また制限器２８は、入力電流指令値が予め定める許容下限指令値ｉ１４以下であると、予め定める制動時出力電流下限指令値ｉ１８を出力する。

なお、無制動時許容範囲および制動時許容範囲は、原点をそれぞれ含む。また制動時許容範囲は、上述した無制動時許容範囲よりも狭い範囲に設定される。制動時出力電流上限指令値ｉ１７は、無制動時出力電流上限指令値ｉ５以下であり、制動時出力電流下限指令値ｉ８は、無制動時出力電流下限指令値ｉ６以上である。

このように、アーム２が重力の影響を受ける場合、アーム２の姿勢に基づいた出力電流指令値が設定される。これによってアーム２の姿勢に応じてモータ６に流れる電流が変化する。すなわち、アーム２の姿勢に応じて、モータ６の出力軸が発生する駆動力を変更することができ、アーム２の姿勢にかかわらず、ブレーキ８の制動性能を検出することができる。

図８は、制御手段５による制動性能検出方法の動作手順の詳細を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、図１に示すフローチャートを具体的に示したものである。制御手段５は、ステップｂ０で、入力部１１を介してブレーキ８の保持トルク検出指令が与えられると、ステップｂ１に進み、ブレーキ８の保持トルクの検出動作を開始する。

ステップｂ１では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、アーム２が停止しているか否かを判定する。アーム２が停止している場合には、ステップｂ３に進み、ブレーキ８の保持トルク検出動作を継続する。

ステップｂ１において、アーム２が稼動している場合には、ステップｂ２に進む。ステップｂ２では、制御手段５は、ブレーキ８の保持トルク検出動作を中止し、ステップｂ２３に進む。ステップｂ２３では、制御手段５は、ブレーキ８の保持トルクの検出動作を終了する。

ステップｂ３では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、モータ６の出力軸の角度位置を取得する。制御手段５は、取得した角度位置をブレーキ８の保持トルク検出動作後にモータ６の出力軸が復帰する復帰角度位置として記憶し、ステップｂ４に進む。なお、ステップｂ１およびステップｂ３は、ブレーキ８の保持トルク検出前の復帰角度位置にアーム２を復帰するための復帰準備動作工程となる。

ステップｂ４では、制御手段５は、図６および図７に示される無制動時許容範囲、無制動時出力電流上限指令値、無制動時出力電流下限指令値および重力補償設定値を記憶し、ステップｂ５に進む。ステップｂ５では、制御手段５は、アンプ４を介してブレーキ８に指令を与えて、ブレーキ８によってモータ６の出力軸に制動力を与える。このようにブレーキ８を動作して、モータ６の出力軸に制動力を与えるとステップｂ６に進む。

ステップｂ６では、制御手段５は、図６および図７に示される制動時許容範囲、制動時出力電流上限指令値および制動時出力電流下限指令値を記憶部１４から読出し、制限器２８の電流指令値の入出力関係を設定する。この制動時許容範囲、制動時出力電流上限指令値および制動時出力電流下限指令値は、重力補償設定値を考慮して設定される。なお、制動時許容範囲、制動時出力電流上限指令値および制動時出力電流下限指令値は、予め記憶部１４に記憶されている。また、重力補償設定値は、ステップｂ６における各アームの姿勢に基づいて、重力補償部２９によって演算される。このように制限器２８の設定を変更すると、ステップｂ７に進む。

ステップｂ７では、制御手段５は、積分演算部２７が積算している積算値を記憶した後、積算値をリセット、すなわち一度ゼロにクリアして、ステップｂ８に進む。ステップｂ８では、制御手段５が、エンコーダ７から位置検出値ｂを読み取り、位置指令値設定部２０の位置指令値ａを、エンコーダ７から検出した位置検出値ｂと同じ値に設定する。すなわち第１比較部２１における位置指令値ａと位置検出値ｂとの差である位置偏差をゼロとし、ステップｂ９に進む。なお、ステップｂ５〜ステップｂ８は、モータ６に電流を流すための電流供給前動作工程となる。

ステップｂ９では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値ｂからモータ６の出力軸の角度位置を取得し、ステップｂ１０に進む。ステップｂ１０では、ステップｂ９で設定した位置指令値に１度加算した値を、新しい位置指令値として更新し、ステップｂ１１に進む。

ステップｂ１１では、制御手段５は、予め定める指令値更新終了条件に達したか否かを判定し、指令値更新条件に達すると、ステップｂ１２に進む。またそうでないと、ステップｂ９に戻る。

指令値更新終了条件は、３つある。この３つの終了条件のいずれか１つを満たすと、制御手段５は、ステップｂ９で読込んだ位置検出値からモータ６の出力軸が角変位した動作量の変化、すなわちモータの変化量を記憶し、ステップｂ１２に進む。ステップｂ１０〜ステップｂ１１では、位置指令値が更新されることによって、モータ６に電流が流れ、出力軸に駆動力が与えられる。したがってステップｂ９〜ステップｂ１１は、モータ６の出力軸に駆動力を発生させる電流供給動作工程となる。

第１の指令値更新終了条件は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて求められるモータ６の変化量が滑りしきい値以上となった場合である。滑りしきい値は、上述したように、あそびに余裕をもたせた角度に設定される。

また第２の指令値更新終了条件は、位置指令値設定部２０によって設定される位置指令値が予め定める最大位置指令値に達した場合である。最大位置指令値は、モータ６の出力軸の角変位量で表わされる。たとえば最大位置指令値は、１度またはアーム２の先端が１ｍｍ移動させるに必要な角度に設定される。

また第３の指令値更新終了条件は、出力電流指令値が制動時出力電流上限指令値または制動時出力電流下限指令値のいずれかに達するとともに、位置指令値が、予め定める更新終了位置指令値に達した場合である。たとえば更新終了位置指令値は、最大位置指令値よりも小さく、かつ滑りしきい値の１０倍の移動量に設定される。

ステップｂ１２では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値からモータ６の出力軸の角度位置を取得し、ステップｂ１３に進む。ステップｂ１３では、制御手段５が、位置指令値設定部２０の位置指令値を、エンコーダ７から検出した位置検出値に設定する。これによって第１比較部２１における位置指令値ａと位置検出値ｂとの差である位置偏差をゼロとし、ステップｂ１４に進む。

ステップｂ１４では、制御手段５は、積分演算部２７が積算している積算値をリセット、すなわち一度ゼロにクリアして、ステップｂ１５に進む。ステップｂ１５では、制御手段５は、ステップｂ１０およびステップｂ１１によって構成される電流供給動作工程を予め定める検出回数だけ行ったか否かを判定する。もし、電流供給動作工程を、検出回数行った場合には、ステップｂ１７に進み、そうでない場合には、ステップｂ９に戻る。

本実施の形態では、モータ６の出力軸の回転方向を正転した場合と逆転した場合との両方について、ブレーキ８の保持トルクを検出する。したがってステップｂ１５では、制御手段５は、正転逆転の両方について電流供給動作工程を行ったか否かを判断する。もし正転方向についてしか電流供給動作工程を行っていない場合には、ステップｂ１６に進む。ステップｂ１６では、モータ６の出力軸の回転方向を逆転方向に設定し、ステップｂ９に進む。この後、モータ６の出力軸を逆転方向に回転させた状態で、ステップｂ９〜ステップｂ１１によって構成される電流供給動作工程を行う。ステップｂ１５において、制御手段５が、正転および逆転の両方について電流供給動作工程を行ったことを判断すると、ステップｂ１７に進む。なお、ステップｂ９〜ステップｂ１６は、ブレーキ８の保持トルクを検出する検出動作工程となる。

ステップｂ１７では、制御手段５は、ステップｂ４で記憶した無制動時許容範囲、無制動時出力電流上限指令値、無制動時出力電流下限指令値および重力補償設定値を読出し、制限部２８の電流指令値の入出力関係を変更する。また制御手段５は、ステップｂ７で記憶した積分演算部２７の積算値を読出し、読み出した積算値を積分演算部２７に与える。そして、ステップｂ１８に進む。

ステップｂ１８では、制御手段５は、アンプ４を介してブレーキ８に指令を与えて、ブレーキ８によって与えられるモータ６への制動力を解除する。このようにブレーキ８の動作を解除して、モータ６への制動力を解除すると、ステップｂ１９に進む。ステップｂ１９では、制御手段５は、ステップｂ３で記憶した角度位置にモータ６の出力軸を復帰させ、ステップｂ２０に進む。なお、ステップｂ１７〜ｂ１９は、ブレーキ８の保持トルク検出前の復帰角度位置にアーム２を復帰する復帰動作工程となる。

ステップｂ２０では、ステップｂ１１で記憶したモータ６の出力軸の角変位量、すなわちモータ６の変化量を読出す。本実施の形態では、記憶した複数の角変位量のうち、最大の角変位量を読み出す。そしてその角変位量が、滑りしきい値以上であるか否かを判断する。モータ６の出力軸の角変位量が滑りしきい値以上である場合には、ステップｂ２１に進む。またモータ６の出力軸の角変位量が滑りしきい値未満である場合には、ステップｂ２２に進む。

ステップｂ２１では、制御手段５は、報知手段９によって、ブレーキ８の保持トルクが許容トルク未満に低下していることを報知させ、ステップｂ２３に進む。ステップｂ２２では、制御手段５は、ブレーキ８の保持トルクが許容トルク異常であり、ブレーキ８の制動性能が正常であることを判断して、ステップｂ２３に進む。ステップｂ２３では、制御手段５は、ブレーキ８の保持トルクの検出動作を終了する。なお、ステップｂ２０〜ステップｂ２２は、ブレーキ８の保持トルクの低下を表示する表示動作工程となる。

以上のように本実施の形態に従えば、ブレーキ８を動作させた後、アーム２の姿勢に基づいた異常検出用の電流をモータに流す。モータ６は、異常検出用電流が与えられると、アーム２を移動させるために必要なトルクを発生する。ブレーキ８の保持トルクが正常である場合には、モータ６の出力軸は回転しない。またブレーキ８の保持トルクが低下している場合には、モータ６の出力軸は回転する。このモータ６の出力軸の回転状態を検出することによって、ブレーキ異常を判断する。

たとえば本実施の形態に従えば、アーム２の姿勢によっては、大きなトルクを発生しないと、モータ６の出力軸を予め定める移動量移動できないときには、大きな電流をモータに流す。また小さなトルクを発生するだけでモータ６の出力軸を予め定める移動量移動できるときには、小さな電流をモータに流す。

このようにアーム２の姿勢に応じて、モータ６に流す電流が設定されるので、アーム２の姿勢にかかわらずに正確にブレーキ８の保持トルクの低下を判断することができる。

また本実施の形態では、モータ６の出力軸の正転方向および逆転方向について、それぞれブレーキ８の保持トルクの検出を行う。これによって正転方向と逆転方向でブレーキ８の保持トルクが異なる場合についても対応することができ、さらに保持トルクの低下を精度よく検出することができる。

また、ステップｂ１およびステップｂ３に示す復帰準備動作工程で、保持トルク検出前のモータ６の出力軸の復帰角度位置を記憶する。そしてステップｂ９〜ステップｂ１５に示す検出動作工程でモータ６に電流を流して保持トルクの検出を行った後、ステップｂ１７〜ｂ１９に示す復帰動作工程で、モータ６の出力軸を復帰角度位置に復帰させる。これによってロボット１が、保持トルクの検出動作以外の動作を行っている途中であっても、ブレーキ８の保持トルクの検出動作を行うことができ、利便性を向上することができる。

またステップｂ１１において、第１の指令値更新終了条件では、モータ６の変化量が滑りしきい値以上となると、位置指令値の更新を終了する。この場合、位置指令値の更新を終了することによって、アーム２がさらに移動することを防ぐことができる。言換えると、保持トルクの低下を検出すると、それ以上アーム２が移動することを防ぐことができ、保持トルクの検出に費やす時間を低減することができる。またアーム２が障害物に衝突することを防ぐことができる。

またステップｂ１１において、第２の指令値更新条件では、位置指令値が最大位置指令値に達すると、位置指令値の更新を終了する。これによってブレーキ８の保持トルクが著しく小さい場合または、ブレーキ８の保持トルクが効かない場合であっても、最大位置指令値以上アーム２が移動することが防止される。すなわちアーム２が過剰に移動することを防ぐことができる。これによってアーム２が障害物に衝突することを防ぐことができる。

またステップｂ１２において、第３の指令値更新条件では、位置指令値が最大位置指令値に達していなくても、電流指令値が飽和した状態で更新終了位置指令値に達すると、位置指令値の更新を終了する。これによってブレーキ８の保持トルクが大きい場合、位置指令値が最大位置指令値に達する前に、モータへの電流供給を停止することができ、保持トルクの検出に費やす時間を低減することができる。

またステップｂ７およびステップｂ１４で、積分演算部２７が積算している積算値をリセットする。またステップｂ８で、位置指令値ａと位置検出値ｂｔの位置偏差をゼロとしている。すなわちフィードバック制御系における各変数を初期状態にリセットする。これによってブレーキ８の保持トルク検出前のアーム動作にかかわらず、アーム２の姿勢に応じた電流をモータ６に流すことができる。

また積算値をリセットすることによって、保持トルク検出用のために位置指令値を変更したときに、モータ６の追従性を向上することができる。これによって保持トルクの検出に費やす時間を短縮することができる。

またステップｂ８およびステップｂ１３で、位置指令値置き換え処理を行って、第１比較部２１における位置指令値ａと位置検出値ｂとの差である位置偏差をゼロにする。これによって、複数回、保持トルクの検出動作のためにモータ６の出力軸に駆動力を与えても、前回出力軸に駆動力を与えた場合の影響をなくすことができ、正確にモータ６の変化量を求めることができる。

また産業用ロボットには、アーム毎に複数のアクチュエータ３が設けられる。本実施の形態では、アクチュエータ３毎のブレーキ８の保持トルク検出動作を同時に行う。これによって各ブレーキ８の保持トルクの検出動作を短時間に行うことができる。またアクチュエータ３毎のブレーキ８の保持トルク検出動作を順次独立して行ってもよい。これによって１つのブレーキ８の保持トルクを検出しているときに、他のアーム２が移動することなく、さらに正確に保持トルクを検出することができる。

図９は、制御手段５の他の実施の形態を示すフローチャートである。制御手段５は、ロボットの動作を制御するコントローラである場合、モータ６の自動電力供給停止動作を行う。すなわち制御手段５は、アクチュエータ３の制御装置となる。

ステップｃ０では、制御手段５にモータ６の自動電力供給停止の設定が指令されると、ステップｃ１に進み、モータ６の自動電力供給停止動作を開始する。ステップｃ１では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、予め定める時間、モータ６の動作が停止していることを判断すると、ステップｃ２に進む。ステップｃ２では、上述したブレーキ８の保持トルクの検出動作を行い、ブレーキ８の保持トルクが許容トルク以上であるか否かを判断する。ステップｃ２では、ブレーキ８の保持トルクが許容トルク以上であると、ステップｃ３に進み、そうでないとステップｃ４に進む。ステップｃ３では、ブレーキ８を動作させて、駆動力をモータ６の出力軸に与えるとともに、モータ６への電力供給を停止し、ステップｃ６に進む。

ステップｃ４では、ブレーキ８の保持トルクが許容トルク未満であるので、ブレーキ８を動作させてモータ６への電力供給を停止すると、アーム２の姿勢が変化するおそれがあることを、報知手段９によって警告する。そしてステップｃ５に進む。ステップｃ５では、アーム２の姿勢を維持するためにモータ６への電力供給を継続し、ステップｃ６に進む。ステップｃ６では、モータ６の自動電力供給停止動作を終了する。

このようにアーム２を長期間停止する場合に、モータ２への電力供給を停止することによって、ロボット１の消費電力を低減することができる。また本実施の形態の自動電力供給停止動作では、モータ６への電力供給を停止する前に、ブレーキ８の保持トルクを検出する。そしてブレーキ８の保持トルクが低下している場合には、モータ６への電力供給を継続する。これによってアーム２の姿勢が自重によって変化することを防ぐことができる。

またステップｃ５において、ブレーキ８を動作させ、かつモータ６への電力供給を継続することによって、モータ６への電力供給だけでアーム２の姿勢を維持する場合に比べて、モータ６への供給する電力を少なくすることができる。

またステップｃ５において、モータ６への電力供給を継続する代わりに、ブレーキ８の保持トルクが低下してもアーム２が障害物に衝突しない安全な位置に、アーム２を移動させる動作を実行してもよい。

またステップｃ２において、図８に示す保持トルクの検出動作を行った場合、保持トルクの検出動作によってアーム２の姿勢が変化したとしても、保持トルクの検出動作前の位置に復帰する。これによって保持トルクの検出動作による影響をなくして、ステップｃ６における状態から、直ちにモータを動作させることができる。

図１０は、制御手段５のさらに他の実施の形態を示すフローチャートである。制御手段５は、ロボットの動作を制御するコントローラである場合、教示を保留する。具体的には、作業者によるアーム移動径路の教示時において、作業者がアーム移動径路の教示を保留した場合に、モータ電力供給停止動作を行う。

この場合、作業者が、ティーチングペンダントのトリガーを離した場合に、モータ６の電力供給停止動作を行う。ティーチングペンダントは、ロボットを操作する操作手段であり、トリガーは、ロボット操作を継続する操作継続信号を制御手段に与える操作信号入力手段である。作業者がトリガーを離すことによって、制御手段５には、操作操作信号の供給が途絶え、作業者がロボット操作を保留したことを判断する。

ステップｄ０では、作業者がティーチングペンダントによってアーム移動径路の教示を開始したことを判断すると、ステップｄ１に進み、モータ６の自動電力供給停止動作を開始する。ステップｄ１では、制御手段５は、トリガーから与えられる操作継続信号が途絶えたことを判断すると、ステップｄ２に進む。そしてステップｄ２〜ステップｄ６の動作を順次行う。ステップｄ２〜ステップｄ６の動作は、図９に示すステップｃ２〜ステップｃ６にそれぞれ対応する。したがって具体的な説明は省略する。

これによって作業者がトリガーを離して教示現場から離れた場合、制御手段５は、上述した自動電力供給停止動作を行う。そしてブレーキ８の保持トルクが低下していない場合には、モータ６への電力供給を停止する。作業者は、教示現場を離れるときに、モータ６への電力供給を停止する命令と、ブレーキ８を動作させる命令とを制御手段５に与える必要がない。したがって利便性を向上することができる。

また仮にブレーキ８の保持トルクが低下していた場合であっても、アーム２の姿勢を維持するための電力がモータ６に与えられるので、アーム２の姿勢を維持することができる。これによって作業者が教示現場に復帰した場合に、アーム２の姿勢が維持されているので、直ちに教示動作を継続することができる。

図１１は、本発明のさらに他の実施の形態の制動性能検出方法の動作手順を示すフローチャートである。図１１に示す制動性能検出方法では、ブレーキ８の制動性能のうち、制動解除異常を検出する。図１１に示す制動性能検出方法も、上述した制御手段５が演算プログラムを実行することによって実現することができる。したがって制御手段５の構成については、説明を省略する。

たとえばブレーキ８の動作指令は、ケーブルを介して伝達される。したがってケーブルが断線した場合には、ブレーキに電力を供給することができず、ブレーキ８の制動解除を行うことができない。またソレノイドの故障、機械的動作不良などが生じた場合にも、ブレーキ８の制動解除を行うことができない。

ステップｅ０で、作業者は、入力部１１からブレーキ８の制動解除異常検出指令を入力する。制御手段５は、入力部１１に制動解除異常検出指令が入力されると、ステップｅ１に進み、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を開始する。ブレーキ８の制動解除異常の検出動作は、ブレーキ８の性能検出動作のうちの１つである。

ステップｅ１では、制御手段５は、ブレーキ８がモータ６に与える駆動力を解除している状態か否かを確認し、制動解除状態であることを確認すると、ステップｅ２に進む。ステップｅ２では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、モータ６が予め定める移動量だけ移動するに必要な電流設定値を生成し、ステップｅ３に進む。

ステップｅ３では、制御手段５は、モータ６を予め定める移動量だけ動作するように指令し、ステップｅ４に進む。具体的には、モータ６の制動を解除した状態で、生成した電流設定値をアンプ４に与える。アンプ４は、制御手段５から与えられる電流設定値に基づいた電流をモータ６に流す。

ステップｅ４では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、モータ６の変化量を求める。モータ６の変化量は、ステップｅ１におけるブレーキ動作解除時のモータ６の出力軸の角度位置と、ステップｅ３におけるモータへの電流供給後のモータ６の出力軸の角度位置との偏差位置である。言換えると、制動解除異常の検出のための電力をモータに与えた前後におけるモータ６の出力軸の変化量である。

制御手段５は、この変化量を予め定める滑りしきい値と比較する。モータ６の変化量が滑りしきい値よりも大きい場合には制動解除状態が正常であることを判断する。またモータ６の変化量が、滑りしきい値よりも小さい場合には制動解除状態が異常であることを判断する。

ステップｅ４で、正常な制動解除状態であると判断すると、ステップｅ５に進み、そうでない場合には、ステップｅ６に進む。ステップｅ５では、ブレーキ８の制動を正常に解除できないことを報知手段９によって警告し、ステップｅ６に進む。ステップｅ６では、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を終了する。

このように本実施の形態に従えばブレーキ８の制動性能のうち、制動解除異常力を検出することができる。また、アンプ４が予め定める動作量だけ動作するように電流をモータ６に与えるので、モータ６は、予め定める動作量以上動作することがない。

したがってブレーキ８の制動が正常に解除されている場合に、アーム２が過剰に移動することを防ぐことができ、アーム２が障害物に衝突することを防止することができる。またモータ６は、予め定める動作量移動するために必要な駆動力を発生する。したがってアーム２の重量に応じた駆動力をモータ６に発生させることができ、アーム２に与えられる重力にかかわらず、ブレーキ８の制動解除異常を正確に検出することができる。

また、報知手段９によって作業者に、制動解除異常であることを知らせることができる。たとえばモータへの電力供給過剰によってアームが非常停止した場合、制動解除異常検出動作を行うことによって、アーム２の非常停止の原因が、ブレーキ８の制動解除異常に起因するか否かを判定することができる。

また、ステップｅ０において、作業者からブレーキ解除異常検出指令が与えられて、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を開始するとした。他の例としてステップｅ０において、制御手段５は、モータ６への電力供給を開始するモータ電力供給開始指令が与えられると、モータ６への電力供給を開始する前に、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を開始してもよい。

また、図１に示すブレーキ８の保持トルク検出動作と図１１に示すブレーキ８の制動解除異常の検出動作を連続して行ってもよい。この場合、保持トルクの検出動作と制動解除異常の検出動作は、モータ６の出力軸に制動力を与えて、モータ６の出力軸を制動する制動状態と、モータ６の出力軸への制動力の供給を停止して、モータ６の出力軸の制動を解除する制動解除状態とのいずれか一方の状態に、ブレーキ８を設定することによって容易に切換えることができる。また保持トルクの検出動作と、制動解除異常の検出動作とで、滑りしきい値を変更するほうが好ましく、制動アイ所以上の検出動作のほうが滑りしきい値が小さく設定される。

図１２は、制御手段５による制動性能検出方法の動作手順の詳細を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートは、図１１に示すフローチャートをより具体的に示したものである。制御手段５は、ステップｆ０で、入力部１１を介して制動解除異常検出指令が与えられると、ブレーキ８に制動解除指令を与える。そしてステップｆ１に進み、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を開始する。

ステップｆ１では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、アーム２が停止しているか否かを判定する。アーム２が停止している場合には、ステップｆ３に進み、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を継続する。ステップｆ１において、アーム２が稼動している場合には、ステップｆ２に進む。ステップｆ２では、制御手段５は、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を中止し、ステップｆ１９に進む。ステップｆ１９では、制御手段５は、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を終了する。

ステップｆ３では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値に基づいて、モータ６の出力軸の角度位置を取得する。制御手段５は、取得した角度位置をブレーキ８の制動解除異常の検出動作後にモータ６が復帰する復帰角度位置として記憶し、ステップｆ４に進む。なお、ステップｆ１およびステップｆ３は、ブレーキ８の制動解除異常の検出前の復帰角度位置にアーム２を復帰するための復帰準備動作工程となる。

ステップｆ４では、制御手段５は、図６および図７に示される無制動時許容範囲、無制動時出力電流上限指令値、無制動時出力電流下限指令値および重力補償設定値を記憶し、ステップｆ５に進む。ステップｆ５では、制御手段５は、図６および図７に示される制動時許容範囲、制動時出力電流上限指令値、制動時出力電流下限指令値および制動時を記憶部から読出し、制限器２８の電流指令値の入出力関係を設定する。この制動時許容範囲、制動時出力電流上限指令値および制動時出力電流下限指令値は、重力補償設定値を考慮して設定される。なお、制動時許容範囲、制動時出力電流上限指令値および制動時出力電流下限指令値は、予め記憶部に記憶されている。また、重力補償設定値は、ステップｆ５における各アーム２の姿勢に基づいて、重力補償部２９によって演算される。このように制限器２８の設定を変更すると、ステップｆ６に進む。

ステップｆ６では、制御手段５は、積分演算部２７が積算している積算値を記憶するとともに、積算値をリセット、すなわち一度ゼロにして、ステップｆ７に進む。ステップｆ７では、制御手段５が、エンコーダ７から位置検出値ｂを読み取り、位置指令値設定部２０の位置指令値ａを、エンコーダ７から検出した位置検出値ｂと同じ値に設定する。すなわち第１比較部２１における位置指令値ａと位置検出値ｂとの差である位置偏差がゼロとし、ステップｆ７に進む。なお、ステップｆ４〜ステップｆ６は、モータに電流を流すための電流供給前動作工程となる。

ステップｆ７では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値ｂからモータ６の出力軸の角度位置を取得し、ステップｆ８に進む。ステップｆ８では、ステップｆ６で設定した位置指令値に１度加算した値を、新しい位置指令値として更新し、ステップｆ９に進む。

ステップｆ９では、制御手段５は、予め定める指令値更新終了条件に達したか否かを判定し、指令値更新条件に達すると、ステップｆ１０に進む。またそうでないと、ステップｆ８に戻る。指令値更新終了条件は、３つある。この３つの終了条件のいずれか１つを満たすと、制御手段５は、ステップｆ７で読込んだ位置検出値からモータ６の出力軸が角変位した変位量となる変化量を記憶し、ステップｆ１０に進む。３つの指令値更新終了条件は、上述した条件と同一である。なお、制動解除の異常検出の場合、滑りしきい値は、上述したようにあそびに余裕をもたせた角度に設定される。ステップｆ７〜ステップｆ９では、位置指令値が更新されることによって、モータに電流が流れ、出力軸に駆動力が与えられる。したがってステップｆ７〜ステップｆ９は、モータ６の出力軸に駆動力を発生させる電流供給動作工程となる。

ステップｆ１０では、制御手段５は、エンコーダ７から与えられる位置検出値からモータ６の出力軸の角度位置を取得し、ステップｆ１１に進む。ステップｆ１１では、制御手段５が、位置指令値設定部２０の位置指令値を、エンコーダ７から検出した位置検出値に設定する。これによって第１比較部２１における位置指令値ａと位置検出値ｂとの差である位置偏差をゼロとし、ステップｆ１２に進む。

ステップｆ１２では、制御手段５は、ステップｆ８およびステップｆ９の動作を予め定める回数だけ行ったか否かを判定する。もし、予め定める回数行った場合には、ステップｆ１４に進み、予め定める回数行っていない場合には、ステップｆ１３に進む。

ステップｆ１３では、ブレーキを動作させて、モータに駆動力を与えた後、モータへの駆動力を解除し、ステップｆ７に戻る。この後、制御手段５は、再びステップｆ９〜ステップｆ１１を行う。ステップｆ１２において、制御手段５が、予め定める回数分、ステップｆ８〜ステップｆ９を行ったことを判断すると、ステップｆ１４に進む。なお、ステップｆ８〜ステップｆ１２は、ブレーキ８の制動解除異常を検出する検出動作工程となる。

ステップｆ１４では、制御手段５は、ステップｆ４で記憶した無制動時許容範囲、無制動時出力電流上限指令値、無制動時出力電流下限指令値および重力補償設定値を読出し、制限部２８の電流指令値の入出力関係を変更する。また制御手段５は、ステップｆ４で記憶した積分演算部２７の積算値を読出し、読み出した積算値を積分演算部２７に与える。そして、ステップｆ１５に進む。

ステップｆ１５では、ステップｆ９で記憶したモータ６の出力軸の角変位量、すなわちモータ６の変化量を読出す。本実施の形態では、記憶した複数の角変位量のうち、最大の角変位量を読み出す。そしてその角変位量が、滑りしきい値以上であるか否かを判断する。モータ６の出力軸の角変位量が滑りしきい値以上である場合には、ステップｆ１７に進む。またモータ６の出力軸の角変位量が滑りしきい値未満である場合には、ステップｆ１６に進む。ステップｆ１６では、報知手段９によって、ブレーキ８の制動解除異常であることを報知させ、ステップｆ１９に進む。なお、ステップｆ１５〜ステップｆ１６は、ブレーキ８の制動解除の異常を表示する表示動作工程となる。

ステップｆ１７では、制御手段５は、ブレーキ８の制動解除が正常であることを判断して、ステップｆ１８に進む。ステップｆ１８では、制御手段５は、ステップｆ３で記憶した角度位置にモータ６の出力軸を移動させ、ステップｆ１９に進む。ステップｆ１８は、ブレーキ８の制動解除異常検出前の復帰角度位置にアーム２を復帰する復帰動作工程となる。ステップｆ１９では、制御手段は、ブレーキ８の制動解除異常の検出動作を終了する。

以上のように本実施の形態に従えば、図８に示すフローチャートと同様の効果を得ることができる。たとえばステップｆ３およびステップｆ４に示す復帰準備動作工程で、ブレーキ８の制動解除の異常検出前のモータ６の出力軸の復帰角度位置を記憶する。そしてステップｆ７〜ステップｆ９に示す検出動作工程でモータに電流を流して保持トルクの検出を行った後、ステップｆ１８に示す復帰動作工程で、モータ６の出力軸を復帰角度位置に復帰させる。

これによってブレーキ８の制動解除の異常検出動作以外の動作を行っている途中であっても、ブレーキ８の制動解除の異常検出動作を行うことができ、利便性を向上することができる。

またフィードバック制御系を初期状態にリセットする。これによってブレーキ８の制動解除の異常検出前の動作にかかわらず、アーム２の姿勢に応じた電流をモータ６に流すことができる。また積算値をリセットすることによって、ブレーキ８の制動解除の異常検出用のために位置指令値を変更したときに、モータ６の追従性を向上することができる。これによって制動解除の異常検出に費やす時間を短縮することができる。

またステップｆ７およびステップｆ１１で、位置指令値置き換え処理を行って、第１比較部２１における位置指令値ａと位置検出値ｂとの差である位置偏差をゼロにする。これによって、複数回、ブレーキ８の制動解除の異常検出動作のためにモータ６の出力軸に駆動力を与えても、前回出力軸に駆動力を与えた影響をなくすことができ、正確にモータ６の変化量を求めることができる。

また産業用ロボットには、アーム毎に複数のアクチュエータ３が設けられる。したがって、実際には、アクチュエータ３毎のブレーキ８のブレーキ８の制動解除の異常検出動作を同時に行う。これによって各ブレーキ８の制動解除の異常検出動作を短時間に行うことができる。またアクチュエータ４毎のブレーキ８の制動解除の異常検出動作を順次独立して行ってもよい。これによって１つのブレーキ８の制動解除の異常を検出しているときに、他のアームが移動することなく、さらに正確に制動解除の異常を検出することができる。

以上のように本発明の実施の一形態の制御手段５は、ブレーキ８の保持トルクの検出と制動解除異常を検出することができる。このようなブレーキ８の制動性能の検出時期について、予め設定が可能である。

図１３は、ブレーキ制動性能の検出に関する設定画面を示す図である。制御手段５は、表示部を有し、表示部にブレーキ制動性能の検出に関する設定画面を表示する。制御手段５は、ロボットが信号待ち状態となり、かつ予め定める所定時間経過して、図９に示す自動電力供給停止動作（図１３では、自動サーボＯＦＦと表示）を行う場合がある。この場合、制御手段５は、表示画面に、自動電力供給停止にあたって保持トルクの検出および制動解除の異常検出を行うか否かの設定を表示画面に表示するとともに、作業者からの指示によって設定を変更することができる。

また制御手段５は、予め定められる基準動作を繰り返し行う場合、いわゆるサイクル動作を行う場合がある。この場合、前回ブレーキ８の制動性能の検出動作が行われてから、予め定める時間であるチェック間隔経過後に、基準動作開始時（図１３では、サイクル起動時と表示）に保持トルクの検出および制動解除の異常検出を行うか否かの設定を表示画面に表示するとともに、作業者からの指示によって設定を変更することができる。

図１４は、ブレーキ制動性能の検出に関する設定画面を示す図である。制御手段５は、ブレーキ８の制動性能の検出を行うか否かの設定をモータ毎に表示画面に表示するとともに、作業者からの指示によってそれらの設定を変更することができる。すなわち作業者が望むブレーキに関してのみ、ブレーキ制動性能の検出を行うことができる。

図１５は、ブレーキ制動性能の検出に関する設定画面を示す図である。制御手段５は、制動性能の検出動作を実行したモータ６と、その検出結果と、その検出日時とを対応づけて表示画面に表示する。また検出結果を履歴として、時間順に表示する。これによって故障傾向などを把握することができ、利便性を向上することができる。

以上のような本発明の実施の形態は、発明の一例示に過ぎず構成を変更することができる。たとえば産業用ロボットのブレーキ異常検出方法およびブレーキ異常検出装置について示したが、本発明は、産業用ロボット以外にも用いることができ、制動手段とアクチュエータ本体とを備えるアクチュエータを備える可動装置に用いることができる。またアクチュエータ本体としてモータを示したがモータ以外、たとえば空気圧または油圧シリンダであってもよい。

本発明の実施の一形態である制動性能検出方法の動作手順を示すフローチャートである。 産業用ロボット１を示す斜視図であり、図３は、産業用ロボット１の電気的構成の一部を示すブロック図である。 産業用ロボット１の電気的構成の一部を示すブロック図である。 制御手段５を示すブロック図である。 制御手段５によるモータ６の制御系を示すブロック線図である。 重力の影響を受けないアーム２を駆動するモータ６に関連する制限器２８の入出力関係を示すグラフである。 重力の影響を受けるアーム２を駆動するモータ６に関連する制限器２８の入出力関係を示すグラフである。 制御手段５による制動性能検出方法の動作手順の詳細を示すフローチャートである。 制御手段５の他の実施の形態を示すフローチャートである。 制御手段５のさらに他の実施の形態を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施の形態の制動性能検出方法の動作手順を示すフローチャートである。 制御手段５による制動性能検出方法の動作手順の詳細を示すフローチャートである。 ブレーキ制動性能の検出に関する設定画面を示す図である。 ブレーキ制動性能の検出に関する設定画面を示す図である。 ブレーキ制動性能の検出に関する設定画面を示す図である。

符号の説明

１ ロボット
２ アーム
３ アクチュエータ
４ アンプ
５ 制御手段
６ モータ
７ エンコーダ
８ ブレーキ
９ 報知手段

Claims (4)

1. 動作量を指令する指令信号が与えられることによって、指令信号によって指令される動作量だけ動作するアクチュエータ本体と、アクチュエータ本体に制動力を与えてアクチュエータ本体を制動する制動手段とを備え、産業用ロボットに搭載され、産業用ロボットのアームを駆動するアクチュエータにおける制動手段の制動性能を検出する制動性能検出方法であって、
   アクチュエータ本体に制動力を与えて、アクチュエータ本体を制動する制動状態と、アクチュエータ本体への制動力の供給を停止して、アクチュエータ本体の制動を解除する制動解除状態とのいずれか一方の状態に、制動手段を設定する制動状態設定工程と、
   制動状態および制動解除状態のいずれか一方の状態に制動手段を設定した状態で、アクチュエータ本体によって駆動されるアームの姿勢に基づいて、予め定める動作量だけ動作するように指令する制動性能検出用の指令信号を、アクチュエータ本体への動力供給を停止する直前にアクチュエータ本体に与える動作指令工程と、
   制動性能検出用の指令信号を与える前と、制動性能検出用の指令信号を与えた後とのアクチュエータ本体の動作量の変化を検出する動作量検出工程と、
   前記動作量検出工程によって検出されるアクチュエータ本体の動作量の変化と、予め定めるしきい値とを比較して、制動性能を評価し、評価結果を報知する報知工程とを含むことを特徴とする制動性能検出方法。
2. 請求項１記載の制動性能検出方法によって検出されるアクチュエータ本体の動作量の変化と、予め定めるしきい値とに基づいて、制動手段の制動性能の低下を検出する性能低下判定工程と、
   性能低下判定工程によって制動手段の制動性能の低下を検出すると、アクチュエータ本体によって駆動されるアームの姿勢を維持するために、アクチュエータ本体へ動力を供給する姿勢維持工程とを含むことを特徴とするアクチュエータの制御方法。
3. 請求項１記載の制動性能検出方法を実行した後に、制動性能検出用の指令信号を与える前の状態となるように、アクチュエータ本体を動作させることを特徴とするアクチュエータの制御方法。
4. 動作量を指令する指令信号が与えられることによって、指令信号によって指令される動作量だけ動作するアクチュエータ本体と、アクチュエータ本体に制動力を与えてアクチュエータ本体を制動する制動手段とを備え、産業用ロボットに搭載され、産業用ロボットのアームを駆動するアクチュエータにおける制動手段の制動性能を検出する制動性能検出装置であって、
   制動性能検出指令が与えられる入力手段と、
   アクチュエータ本体を制動する制動状態と、アクチュエータ本体の制動を解除する制動解除状態とのいずれか一方の状態に制動手段を設定して、その状態で、アクチュエータ本体によって駆動されるアームの姿勢に基づいて、予め定める動作量だけ動作するように指令する制動性能検出用の指令信号を、アクチュエータ本体への動力供給を停止する直前にアクチュエータ本体に与え、制動性能検出用の指令信号を与える前と、制動性能検出用の指令信号を与えた後とのアクチュエータ本体の動作量の変化を検出する制御手段と、
   制御手段による検出結果を出力する出力手段とを含むことを特徴とする制動性能検出装置。

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