JP6171466B2 - ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの制御装置に関する。

ロボットは、周知のように制御回路から速度指令値を出力し、その速度指令値に追従するようにモータが作動する（例えば、特許文献１参照）。このとき、モータを加速する加速期間において、速度指令値と実際のモータの速度との間に若干の乖離が生じることがある。これは、加速期間においては必要とするトルクが大きくなるものの、そのトルクを満たすだけの電力が供給されていないことに起因する。この場合、モータを駆動するための電力を供給する駆動用電源回路を、加速期間で必要とするトルクを常に満たせるように設計すれば、速度指令値と実際のモータの速度との乖離が小さくなってモータの追従性が向上すると考えられる。

特開２０１２−２２３８８１号公報

しかしながら、加速期間に必要とされる最大トルクを基準として駆動用電源回路を設計すると、電源容量を大きくする必要があるため使用する回路部品が大きくなり、制御装置の大型化を招くことになる。また、電源容量を大きくすると、駆動用電源回路の自己消費電力も大きくなる。そして、大きなトルクを特に必要とする期間が加速期間だけであること、および現実的なモータの制御サイクルから見れば加速期間が占める割合が比較的少ないことなどを考慮すると、最大トルクを基準として駆動用電源回路を設計してしまうと、加速期間を除く大半の期間（モータが駆動されていない停止期間も含む）において電力過多の状態となるとともに、自己消費電力が大きくなることから、定常的に無駄な電力の消費（電力ロス）が発生してしまう。このため、ロボットの仕様上問題の無い範囲ではあるものの、速度指令値と実際のモータの速度との乖離を許容しているというのが実情である。つまり、従来では、速度指令値との乖離を少なくしてモータの追従性を向上させること、および、大型化や電力ロスの発生を抑制することは、両立させることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化や定常的な電力ロスの発生を抑制しつつ、モータの追従性を向上させることができるロボットの制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、モータを駆動するためのインバータ回路に対して直流電力を供給する駆動用電源回路と、モータを制御するための制御回路に対して直流電力を供給する制御用電源回路と、常には充電されており、制御用電源回路からの直流電力の供給が遮断された際に制御回路に対してバックアップ用の直流電力を供給するバックアップ用電源回路と、バックアップ用電源回路とインバータ回路の入力との間に設けられ、バックアップ用電源回路とインバータ回路の入力との間の電力経路を開閉する第一スイッチを有し、モータが加速される際、第一スイッチを閉鎖することでバックアップ用電源回路からインバータ回路への直流電力の融通を可能とするスイッチ回路と、を備える。

バックアップ用電源回路は、制御用電源回路からの直流電力の供給が遮断された際などの緊急時に、制御回路にて緊急停止処理等を実行できる程度の電力を蓄える目的で設けられている。その一方で、バックアップ用電源回路に蓄えられている電力は、緊急時でなければ利用されないものであり、例えばロボットが正常に作動しているような通常時に短期的に他の用途に流用したとしても大きな問題になる可能性が低いと考えられる。ただし、バックアップ用電源回路の充電量が減少した状態が長期的に継続すると緊急時の対処ができなくなる可能性があるため、バックアップ用電源回路に蓄えられている電力を無分別に流用することは好ましくない。

さて、前述のようにモータが加速する加速期間が制御サイクルに占める割合は小さいことから、加速期間にバックアップ用電源回路に蓄えられている電力を流用したとしても、その影響は小さいと考えられる。また、加速期間が短いことから、流用される電力もそれほど多くはならない上、バックアップ用電源回路は、常には充電される構成であることから、加速期間にその電力を流用したとしても、加速期間が終了すれば再び充電される。つまり、加速期間に電力を流用したとしても、充電量が長期的に減少した状態になることはない。さらに、スイッチ回路を制御することができる状態は、制御回路を含めて正常動作している状態であると言えるので、その正常動作している状態（緊急時ではない状態）においてバックアップ用電源回路に蓄えられている電力を一時的に流用したとしても、バックアップ用という本来の機能を阻害する可能性は低いと考えられる。

また、前述のように仕様上問題の無い範囲ではあるものの速度指令値との乖離を許容している実情からすると、加速期間にモータを駆動するための電力を融通すれば、モータを高トルク化することができ、追従性の向上を図ることができるとも言える。
そこで、ロボットの制御装置は、スイッチ回路を制御することにより、モータを加速する加速期間に、バックアップ用電源回路に蓄えられている電力の融通を可能とする。つまり、信頼性や安全性を確保するために設けられているものの緊急時以外では特に利用用途のないバックアップ用電源回路に蓄えられている電力を、モータを駆動するために流用する。これにより、加速期間においてモータが利用可能となる電力量が増加してモータが高トルク化され、モータの追従性を向上させることができる。

この場合、バックアップ用電源回路は、制御回路のバックアップ用を目的として設けられているものであり、上記したように常には充電されている。換言すると、常には充電されているバックアップ用電源回路から電力を融通する構成としたことにより、スイッチ回路がいつ制御されたとしても、そのタイミングで電力を融通することが可能となる。したがって、インバータ回路に対して、必要とされるタイミング且つ確実に電力を融通することができるようになる。

また、バックアップ用電源回路から電力を融通することから駆動用電源回路そのものは大容量化する必要がないため、制御装置の大型化を過度に招くことがなく、また、定常的に電力ロスが発生することもない。したがって、制御装置の大型化や定常的な電力ロスの発生を抑制しつつ、モータの追従性を向上させることができる。つまり、モータの追従性の向上と、制御装置の大型化や電力ロスの発生を抑制することとを両立させることができる。また、モータの追従性が向上すれば、それにともなって制御サイクルが短縮化するため、生産性を向上させることもできる。

請求項２記載の発明によれば、スイッチ回路は、駆動用電源回路とバックアップ用電源回路との間に設けられ、駆動用電源回路とバックアップ用電源回路との間の電力経路を開閉する第二スイッチをさらに有し、モータが減速される際、第一スイッチを開放することでインバータ回路への直流電力の融通を不可能とする一方、第二スイッチを閉鎖することでインバータ回路側にて発生する回生電力によるバックアップ用電源回路の充電を可能とする。

モータが減速する場合、回生電力が発生する。この回生電力は、一般的に抵抗素子などを設けることで消費して熱に変換され、他の回路に影響を与えないような設計がされている。つまり、従来では、回生電力を有効活用しているとは言い難い状態であった。
これに対して、第一スイッチを開放するとともに第二スイッチを閉鎖するようにスイッチ回路を制御することで、回生電力によるバックアップ用電源回路の充電が可能となる。これにより、加速期間に充電量が減少したバックアップ用電源回路を、従来は活用されずに単に放出されていた回生電力によって充電することができる。
また、加速期間に融通した電力を減速期間に回収する構成とすることで、充電量が減ったバックアップ用電源回路を制御用電源回路からの電力だけで再充電する場合に比べて、制御装置全体で見た場合の電力消費を削減することができる。

請求項３記載の発明によれば、スイッチ回路は、制御回路にて制御されるものであり、制御回路は、モータを制御するために予め組み込まれている制御プログラムを解析することにより、モータが加速を開始する前の時点で第一スイッチを閉鎖する。
ロボットは制御プログラムに従って作動することから、制御プログラムを解析すれば、モータが加速を開始する時期を把握することができる。そこで、モータが加速を開始する前の時点で第一スイッチを閉鎖しておけば、モータが加速を開始するときには既に電力の融通が可能な状態となっているので、モータが加速する期間の全体に対して電力を融通することができ、モータの追従性をさらに向上させることができる。
また、制御プログラムを解析してモータが加速を開始する時期を把握しておくことにより、スイッチ回路に指令を与えてから実際に第一スイッチの閉鎖が完了するまでの応答時間を考慮して指令を与える時期を決定することもできるようになる。

また、請求項１記載の発明によれば、モータは複数設けられており、複数のモータのそれぞれに対応してインバータ回路が設けられており、制御回路は、モータを制御するために予め組み込まれている制御プログラムを解析することで、複数のモータのうち直流電力の融通対象とするモータを選択し、当該選択されたモータに対して主に直流電力を融通可能となる時期に第一スイッチを閉鎖する。

例えば６軸ロボットを想定した場合、モータおよびインバータ回路は各軸に対応して６つずつ設けられるものの、駆動用電源回路は１つである構成が殆どである。そして、各モータは、加速を開始すると駆動用電源回路からそれぞれ電力を引き込むことから、複数のモータが同時期に加速を開始した場合には、特定のモータに対してのみ電力を融通することが困難となる。また、例えばロボットの全体を駆動するモータとハンド等の先端部を駆動するモータとでは、電力を融通した場合における追従性が向上する割合（追従性の改善効果）に差が出ることも考えられる。

そこで、制御プログラムを解析することで、融通対象となるモータに主として電力が融通される時期に第一スイッチを閉鎖する。換言すると、第一スイッチを閉鎖する時期を、制御プログラムを解析することにより決定する。これにより、融通対象とするモータに対して主に電力が融通され、追従性の改善効果を高めることができる。

一実施形態にて制御対象となるロボットの外観を概略的に示す図 制御装置の構成の概略を模式的に示す図 速度指令値と実際のモータ速度との関係を模式的に示す図 モータの制御サイクルの概略を模式的に示す図 アームの移動状態を模式的に示す図 モータを制御するための制御プログラムの一例を示す図 速度指令値、スイッチ回路の制御状態、モータ駆動用電圧の関係の一例を模式的に示す図 その他の実施形態による速度指令値とスイッチ回路の制御状態との関係の一例を模式的に示す図

以下、本発明の一実施形態について、図１から図７を参照しながら説明する。
図１に示すように、一般的な産業用のロボットシステム１は、ロボット２、そのロボット２を制御する制御装置３、制御装置３に接続されたティーチングペンダント４などを備えている。なお、ティーチングペンダント４は、ティーチング時にのみ制御装置３に接続する態様であってもよいし、制御装置３と一体構成であってもよい。

ロボット２は、いわゆる６軸の垂直多関節型ロボットとして周知の構成を備えており、ベース５上に、Ｚ方向の軸心を持つ第１軸（Ｊ１）を介してショルダ６が水平方向に回転可能に連結されている。ショルダ６には、Ｙ方向の軸心を持つ第２軸（Ｊ２）を介して上方に延びる下アーム７の下端部が垂直方向に回転可能に連結されている。下アーム７の先端部には、Ｙ方向の軸心を持つ第３軸（Ｊ３）を介して第一上アーム８が垂直方向に回転可能に連結されている。第一上アーム８の先端部には、Ｘ方向の軸心を持つ第４軸（Ｊ４）を介して第二上アーム９が捻り回転可能に連結されている。第二上アーム９の先端部には、Ｙ方向の軸心を持つ第５軸（Ｊ５）を介して手首１０が垂直方向に回転可能に連結されている。手首１０には、Ｘ方向の軸心を持つ第６軸（Ｊ６）を介してフランジ１１が捻り回転可能に連結されている。

ロボット２のアームの先端となるフランジ１１には、図示は省略するが、ハンド（エンドエフェクタとも呼ばれる）が取り付けられる。ハンドは、例えば図示しないワークを保持して移送したり、ワークを加工あるいは組み立てるための治具や工具などが取り付けられる。ロボット２に設けられている各軸（Ｊ１〜Ｊ６）には、それぞれに対応して、モータ３０（図２参照）、モータ３０の回転位置を検出するエンコーダ（図示省略）、モータ３０の出力を減速する減速機構（図示省略）などが設けられている。

制御装置３は、図２に示すように、商用電源２０から供給される交流電力を直流電力に変換するための制御用電源回路２１、および駆動用電源回路２２を備えている。これら制御用電源回路２１および駆動用電源回路２２は、周知の整流回路、力率改善回路（ＰＦＣ回路）、平滑コンデンサ等を備えており、直流電力（以下、単に電力と称する）を供給する。なお、制御用電源回路２１および駆動用電源回路２２の商用電源２０側には、それぞれ保護回路２３および保護回路２４が設けられている。この保護回路は、ヒューズやノイズフィルタ等の周知の構成となっている。

制御用電源回路２１から供給される電力は、ＤＣ−ＤＣ変換回路２５において、制御回路２６や監視回路２７にて使用される例えば＋１２Ｖ、＋５Ｖ、＋３．３Ｖ等の電力に変換される。制御回路２６は、図示しないマイクロコンピュータにより構成されており、制御装置３の全体を制御する、また、制御回路２６は、ロボット２を制御するための制御プログラムを実行する。監視回路２７は、制御装置３内の電力の監視（例えば、商用電源２０の電圧の監視、ＰＦＣ回路の制御、ＤＣ−ＤＣ変換回路２５から出力される電圧の監視）を行っている。

駆動用電源回路２２から供給される電力は、インバータ回路２９に入力される。インバータ回路２９は、周知の三相ブリッジ回路により構成されており、モータ３０を駆動する。本実施形態では、上記したように６軸のロボット２を想定しているため、６つのインバータ回路２９−１〜２９−６が設けられている。各インバータ回路２９−１〜２９−６には、それぞれモータ３０−１〜３０−６が接続されている。

制御用電源回路２１と駆動用電源回路２２との間には、スイッチ回路３１が設けられている。このスイッチ回路３１は、メカニカルリレーで構成されたスイッチＳＷ１（第一スイッチに相当する）およびスイッチＳＷ２（第二スイッチに相当する）と、保護用のダイオードＤ１〜Ｄ４等により構成されている。なお、図示は省略するが、スイッチ回路３１には、スイッチＳＷ１やスイッチＳＷ２を開閉した際に生じるチャタリングを防止するためのフィルタ回路等も当然設けられている。

スイッチＳＷ１は、ダイオードＤ１を介して、制御用電源回路２１と駆動用電源回路２２との間を開閉可能に接続している。このダイオードＤ１は、制御用電源回路２１側から駆動用電源回路２２側に向かって順方向となるように設けられている。このため、スイッチＳＷ１を「閉状態」（以下、閉鎖と称する）にすると、制御用電源回路２１側と駆動用電源回路２２側とが接続される。そして、ダイオードＤ３によって、制御用電源回路２１側から電力を供給するための電力経路が確立される。一方、スイッチＳＷ１を「開状態」（以下、開放と称する）にすると、制御用電源回路２１側から駆動用電源回路２２側への電力経路は遮断される。

スイッチＳＷ２は、ダイオードＤ２を介して、制御用電源回路２１と駆動用電源回路２２との間を開閉可能に接続している。このダイオードＤ２は、ダイオードＤ１とは異なる向き、すなわち、駆動用電源回路２２側から制御用電源回路２１側に向かって順方向となるように設けられている。このため、スイッチＳＷ２を閉鎖すると、駆動用電源回路２２側と制御用電源回路２１側とが接続され、ダイオードＤ４によって、駆動用電源回路２２側から電力を供給するための電力経路が確立される。一方、スイッチＳＷ１を開放すると、駆動用電源回路２２側から制御用電源回路２１側への電力経路は遮断される。

制御用電源回路２１とＤＣ−ＤＣ変換回路２５との間には、バックアップ用電源回路３２が設けられている。本実施形態では、バックアップ用電源回路３２は、コンデンサにより構成されている。このバックアップ用電源回路３２は、常には充電されており、制御用電源回路２１からの電力の供給が遮断された際には、ＤＣ−ＤＣ変換回路２５側（つまり、制御回路２６）に対して、バックアップ用の電力を供給する。

このバックアップ用電源回路３２は、スイッチ回路３１のスイッチＳＷ１が閉鎖された状態（且つ、スイッチＳＷ２が開放された状態）では、自身に充電されている電力を駆動用電源回路２２側つまりインバータ回路２９へ供給（融通）することが可能となる。また、バックアップ用電源回路３２は、スイッチ回路３１のスイッチＳＷ２が閉鎖された状態（且つ、スイッチＳＷ１が開放された状態）では、駆動用電源回路２２側からの充電が可能となる。

次に上記した構成の作用について説明する。
まず、モータ３０を駆動する際の一般的な制御サイクルについて、図３および図４を参照しながら説明する。図３に示すように、モータ３０を駆動する際には、制御回路２６からの指令値（速度指令値）に基づいてモータ３０が加速を開始する。このモータ３０が加速している期間が、加速期間に相当する。その後、モータ３０は、所定の等速期間の間等速で駆動された後、減速して停止する。このモータ３０が減速している期間が、減速期間に相当する。そして、加速期間においては、背景技術にて述べたように、モータ３０の実際の速度（実測値）は、速度指令値から若干乖離した状態となっている。

さて、産業用のロボット２の場合、通常は予め設定されている動作を繰り返し行うような使われ方をすることから、図４に示すように、時間軸で見ると複数の制御サイクルが繰り返されることになる。このとき、ロボット２は、例えばワークが所定の位置に搬送されるのを待つなど、周辺装置と連携して動作することから、モータ３０が駆動されない期間が存在する。これら図３および図４から判る通り、ロボット２が動作可能な期間（つまり、ロボット２が通電されている通電期間）において加速期間が占める割合は、比較的少なくなっている。

このため、加速期間における速度指令値との乖離を補填するために駆動用電源回路２２を大容量としてしまうと、使用する回路部品が大きくなって制御装置３の大型化を招いてしまう。また、駆動用電源回路２２における自己消費電力が大きくなることで、通電期間において大きな割合を占める加速期間以外の期間において定常的に電力が消費され、電力ロスも大きくなってしまう。

そこで、制御装置３は、以下に説明するように、加速期間ではスイッチ回路３１のスイッチＳＷ１を閉鎖するとともにスイッチＳＷ２を開放し、バックアップ用電源回路３２に充電されている電力をインバータ回路２９に対して供給するための電力経路を確立させ、インバータ回路２９に印加される電圧を昇圧することで、加速期間におけるモータ３０の高トルク化を図っている。また、制御装置３は、スイッチ回路３１を制御する時期（タイミング）を、制御プログラムを解析することで決定する。

制御回路２６は、モータ３０を制御するための制御プログラムを実行している。例えば、図５に示すように、ロボット２のハンドの現在位置（あるいは初期位置）がＰ０であり、そのハンドをＰ１まで移動させ、その後Ｐ２まで移動させ、さらにＰ３まで移動させる制御サイクルを想定してみる。この場合、制御プログラムは、例えば図６に示すように記述されている。図６の場合、制御プログラム中の１つのサブルーチンを示しており、各コマンドの意味は以下の通りである。なお、図６に示す各コマンドは一例であり、メーカ等によっては他の名称のコマンドや文法になっていることもある。

Sub Main 'メインプロシージャを宣言するコマンド
Takearm Keep=0 'アーム制御権を取得するコマンド
Speed 80 'アーム移動速度を80％に設定するコマンド
Move P,P1 'P1へPTP補間で移動させるコマンド
Move L,P2 'P2へCP補間(直線)で移動させるコマンド
Move L,P3 'P3へCP補間(直線)で移動させるコマンド
Givearm 'アーム制御権を開放するコマンド
End Sub 'サブルーチンの停止（終了）を宣言するコマンド
制御プログラム中のＰＴＰ（Point to Point）補間とは、現在位置からから次の位置へ移動させる際に、動作時間が最短となるように制御するコマンドであり、ＣＰ(Continuous Path)補間とは、現在位置と次の位置をハンドの姿勢や速度を一定に保ちながら直線的に移動させるためのコマンドである。なお、上記以外にも、ＣＰ補間でハンドを円弧状に移動させるコマンドや、移動途中の経路点を指定してその点同士を滑らかにつないで移動させるコマンド等、他のコマンドも存在する。

制御回路２６は、このような制御プログラムを解析しつつ、ハンドの位置の制御つまりは各モータ３０の制御を行っている。換言すると、制御回路２６は、どのタイミングでどのモータ３０が加速を開始するのかを把握することができる。そこで、制御回路２６は、制御プログラムに基づいて、加速期間においてスイッチ回路３１のスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２を制御する時期を決定している。以下、スイッチ回路３１のスイッチＳＷ１を閉鎖し、スイッチＳＷ２を開放している状態を便宜的にオン状態（融通状態）と称し、スイッチＳＷ１を開放し、スイッチＳＷ２を閉鎖している状態を便宜的にオフ状態（充電状態）と称する。

制御回路２６は、制御プログラムを解析することでＭｏｖｅコマンド実行することを把握した場合、図７に示すように、そのＭｏｖｅコマンド（例えば、図６のMove P,P1に対応するコマンド）を開始する前に、スイッチ回路３１をオン状態とする。これにより、スイッチ回路３１のスイッチＳＷ１が閉鎖されるとともにスイッチＳＷ２が開放され、バックアップ用電源回路３２からインバータ回路２９へ電力を融通するための電力経路が確立される。このとき、モータ駆動用電圧（インバータ回路２９へ印加される電圧）は、実線Ｌ１にて示すように、通常時の電圧よりも高くなる。

そして、Ｍｏｖｅコマンドが開始されると、モータ３０が加速を開始し、インバータ回路２９に電力が引き込まれる。このとき、比較例としてスイッチ回路３１を設けていない従来構成の場合には、二点鎖線Ｌ２にて示すような電圧の降下が観測される一方、スイッチ回路３１を設けている制御装置３では、実線Ｌ１にて示すように、二点鎖線Ｌ２よりも高い電圧がインバータ回路２９に印加される。すなわち、従来構成と比較した場合、実線Ｌ１と二点鎖線Ｌ２との間の面積に対応する電力がインバータ回路２９に供給されることになる。これにより、加速期間におけるトルクが大きくなり、モータ３０は、指令値との乖離が少ない状態で、換言すると、指令値に追従した状態で加速することができる。そして、指令値への追従性が高くなれば、目標の速度まで到達する時間が短くなり、その結果、制御サイクルが短縮される。

制御回路２６は、加速期間が終了すると、スイッチ回路３１をオフ状態（充電状態）とする。より厳密には、制御回路２６は、減速期間の前に、スイッチ回路３１をオフ状態としている。このとき、スイッチ回路３１のスイッチＳＷ１が開放されるとともにスイッチＳＷ２が閉鎖され、インバータ回路２９からバックアップ用電源回路３２への電力経路が確立される。

さて、モータ３０が減速する際には、回生電力が発生する。この減速期間では、インバータ回路２９からバックアップ用電源回路３２への電力経路が確立されていることから、回生電力は、バックアップ用電源回路３２を充電するための電力として利用することができる。つまり、加速期間に電力を融通したバックアップ用電源回路３２は、減速期間において回生電力により再充電される。

このため、比較例としてスイッチ回路３１を設けていない従来構成の場合にはモータ駆動用電圧が破線Ｌ３にて示すように単に上昇するだけであるのに対して、本実施形態の制御装置３では、実線Ｌ１にて示すようにモータ駆動用電圧の上昇が抑制されている。この場合、破線Ｌ３と実線Ｌ１との間の面積に対応する電力が、バックアップ用電源回路３２に充電されていることになる。

このように、本実施形態の制御装置３は、モータ３０が加速する加速期間ではインバータ回路２９へ電力を融通することでモータ３０の高トルク化を図ることができるとともに、モータ３０が減速する減速期間では、回生電力によりバックアップ用電源回路３２の充電を行っている。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
制御装置３は、モータ３０が加速される際、スイッチ回路３１のスイッチＳＷ１（第一スイッチ）を閉鎖することでバックアップ用電源回路３２とインバータ回路２９との間の電力経路を確立する。これにより、モータ３０を加速する加速期間において、バックアップ用電源回路３２に蓄えられている電力がモータ３０を駆動するために利用可能となり、モータ３０を高トルク化することができ、追従性を向上させることができる。

このとき、バックアップ用電源回路３２から電力を融通しているため、駆動用電源回路２２そのものは大容量化する必要がない。そのため、回路部品が大きくなることに伴う制御装置３の大型化を過度に招くことがなく、また、定常的に電力ロスが発生することもない。また、モータ３０の追従性が向上することにより、制御サイクルを短縮化することができる。つまり、生産性を向上させることができる。

また、加速期間が短いことから、流用される電力もそれほど多くはならない上、バックアップ用電源回路３２が常には充電される構成であることから、加速期間にその電力を流用したとしても加速期間が終了すれば再び充電される。このため、本来のバックアップ用として設定されている保持時間（バックアップ用の電力を供給できる期間）が短くなることもない。

また、スイッチ回路３１を制御することができるという状態は、制御回路２６を含めて正常動作している状態であると言えるので、その正常動作している状態（緊急時ではない状態）においてバックアップ用電源回路３２に蓄えられている電力を一時的に流用したとしても、バックアップ用電源回路３２の本来の機能を阻害する可能性は低い。

制御装置３は、モータ３０を減速する際、スイッチＳＷ１を開放することでインバータ回路２９側への電力の融通を不可能とする一方、スイッチＳＷ２（第二スイッチ）を閉鎖することで、インバータ回路２９側からバックアップ用電源回路３２への電力経路を確立する。これにより、インバータ回路２９側にて発生した回生電力によるバックアップ用電源回路３２の充電が可能となる。つまり、従来では活用されずに単に放出されていた回生電力を有効活用することができる。
この場合、加速期間に融通した電力を減速期間にて回収していることから、制御用電源回路２１からバックアップ用電源回路３２を充電する場合に比べて、制御装置３全体で見た場合の電力消費を削減することができる。

また、制御装置３は、モータ３０を制御するために予め組み込まれている制御プログラムを解析することにより、モータ３０が加速を開始する前の時点でスイッチＳＷ１を閉鎖する。これにより、モータ３０が加速を開始するときには既に電力の融通が可能な状態となっているので、モータ３０が加速する加速期間の全体に対して電力を融通することができ、モータ３０の追従性を向上させることができる。

バックアップ用電源回路３２は、例えば回生電力のような余剰電力を蓄える構成ではなく、制御回路２６のバックアップ用に常には充電されている構成となっている。つまり、バックアップ用電源回路３２からは、スイッチＳＷ１がいつ閉鎖されたとしても、その任意のタイミングに合わせて電力を融通することができる。したがって、トルクが必要とされるタイミングで、確実且つ適切に電力を融通することができる。

この場合、上記したように制御プログラムを解析することでスイッチＳＷ１を閉鎖するタイミングを決定する構成等においては、バックアップ用電源回路３２が充電されるのを待つ必要が無いことから、ロボット２の制御サイクルが遅延されて生産性が悪化するようなことはなく、また、バックアップ用電源回路３２の残量を確認する等の処理を行う必要も無いことから、制御プログラムが複雑化することもない。

また、制御プログラムを解析してモータ３０が加速を開始する時期を把握しておくことができるため、本実施形態のようにスイッチＳＷ１をメカニカルリレーで構成し、開閉時のチャタリングがなくなるまでに多少の応答時間を要する場合であっても、モータ３０が加速する前にスイッチＳＷ１を閉鎖させておくことができる。

スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をメカニカルリレーで構成しているので、ＦＥＴやコイルで構成される昇圧回路を設ける場合に比べて、制御装置３の小型化を図ることができる。また、メカニカルリレーのＯＮ／ＯＦＦだけで制御することができるため、処理の負荷が大幅に増加することもない。

また、バックアップ用電源回路３２から電力を融通した直後に制御用電源回路２１が故障するという可能性もあり得るが、ロボットの動作期間で見れば上記したように加速期間の割合が少ないため、そのような状況は確率的には極めて希なケースであると考えられる。そのため、希なケースと追従性の向上とを比較した場合には、追従性を向上させるメリットのほうが大きいと考えられる。
また、上記したように電力を融通している期間（加速期間）よりも、充電されている期間（加速期間以外の期間）のほうが長いため、バックアップ用電源回路３２が放電しきって不慮の故障に対応できないおそれは低減されている。

（その他の実施形態）
本発明は上記した一実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。

６軸ロボットの場合、一般的には、図２に示したように６つのモータ３０および６つのインバータ回路２９が設けられている一方、駆動用電源回路２２は１つである。さて、ロボット２の場合、ハンドの位置を基準として制御プログラムが記述されているため、例えば図５に示したようにハンドをＰ０からＰ１へ移動させる場合には、図８に示したように、例えばＪ４（４軸）とＪ１（１軸）に対応するモータ３０が同時期に加速を開始することが考えられる。この場合、各モータ３０は、加速を開始すると駆動用電源回路２２からそれぞれ電力を引き込むことから、加速を開始する前にスイッチ回路３１をオン状態とすると、それぞれのモータ３０にて電力が消費される。換言すると、複数のモータ３０が同時期に加速を開始する場合には、特定のモータ３０に対してのみ電力を融通することは困難である。また、ロボット２のアーム全体を駆動するＪ１に対応するモータ３０と、Ｊ４に対応するモータ３０とでは、電力を融通した場合における追従性の改善効果に差が出ることも考えられる。

そこで、制御装置３は、制御プログラムを解析することで、融通対象となるモータ３０に主として電力が融通される時期に第一スイッチを閉鎖する。具体的には、図８に示すように、Ｊ４に対応するモータ３０が加速を開始した後にスイッチ回路３１をオン状態とすることで、Ｊ１に対応するモータ３０にて主に融通した電力が消費されるようにしている。このように、融通対象とするモータ３０を選択し、そのモータ３０に電力を主に融通できるタイミングでスイッチＳＷ１を閉鎖することで、融通した電力による追従性の改善効果を向上させることができる。

この場合、いずれのモータ３０を融通対象とするかは、例えばモータ３０の出力や、加速期間の長さなどに応じて選択すればよい。例えば、モータ３０の出力が大きければ必要とするトルクも大きくなると想定されることから、同時期に加速を開始するモータ３０のうち出力が大きいものを融通対象として選択することが考えられる。また、同程度の出力であれば、より加速期間が長いモータ３０を融通対象として選択することも考えられる。

一実施形態では６軸ロボットを例示したが、例えば１軸ロボットや４軸ロボットあるいは７軸ロボット等、軸数が異なるロボットであっても本発明を適用することができる。
一実施形態ではスイッチをメカニカルリレーで構成したが、メカニカルスイッチに替えて、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の半導体スイッチで構成してもよい。
一実施形態では加速期間が始まる前にスイッチＳＷ１を閉鎖する例を示したが、指令値と実際のトルクとの乖離は加速期間の終盤に大きくなると考えられるため、加速期間の終盤で特に電力を融通できるようにスイッチＳＷ１を閉鎖するタイミングを決定してもよい。

図面中、２はロボット、３は制御装置、２０は商用電源、２１は制御用電源回路、２２は駆動用電源回路、２６は制御回路、２９はインバータ回路、３０はモータ、３１はスイッチ回路、３２はバックアップ用電源回路、ＳＷ１は第一スイッチ、ＳＷ２は第二スイッチを示す。

Claims (8)

1. 交流電力を直流電力に変換し、モータを駆動するためのインバータ回路に対して直流電力を供給する駆動用電源回路と、
   交流電力を直流電力に変換し、前記モータを制御するための制御回路に対して直流電力を供給する制御用電源回路と、
   常には充電されており、前記制御用電源回路からの直流電力の供給が遮断された際に前記制御回路に対してバックアップ用の直流電力を供給するバックアップ用電源回路と、
   前記バックアップ用電源回路と前記インバータ回路の入力との間に設けられ、当該バックアップ用電源回路と当該インバータ回路の入力との間の電力経路を開閉する第一スイッチを有し、前記モータが加速される際、前記第一スイッチを閉鎖することで前記バックアップ用電源回路から前記インバータ回路への直流電力の融通を可能とするスイッチ回路と、を備え、
   駆動用電源回路には、前記モータがそれぞれ接続されている複数の前記インバータ回路が接続されており、
   前記制御回路は、複数の前記モータを制御するために予め組み込まれている制御プログラムを解析することで、複数の前記モータのうち直流電力の融通対象とする前記モータを選択し、当該選択された前記モータに対して主に直流電力を融通可能となる時期に前記第一スイッチを閉鎖することを特徴とするロボットの制御装置。
2. 前記スイッチ回路は、前記駆動用電源回路と前記バックアップ用電源回路との間に設けられ、当該駆動用電源回路と当該バックアップ用電源回路との間の電力経路を開閉する第二スイッチをさらに有し、前記モータが減速される際、前記第一スイッチを開放することでインバータ回路への直流電力の融通を不可能とする一方、前記第二スイッチを閉鎖することで前記インバータ回路側にて発生する回生電力による前記バックアップ用電源回路の充電を可能とすることを特徴とする請求項１記載のロボットの制御装置。
3. 前記スイッチ回路は、前記制御回路にて制御されるものであり、
   前記制御回路は、前記モータを制御するために予め組み込まれている制御プログラムを解析することにより、融通対象として選択された前記モータが加速を開始する前の時点で前記第一スイッチを閉鎖することを特徴とする請求項１または２記載のロボットの制御装置。
4. 前記制御回路は、前記制御プログラムを解析することにより、融通対象として選択された前記モータの加速期間を特定し、当該加速期間の終盤の時点で前記第一スイッチを閉鎖することにより、前記モータに対して直流電力を融通可能とすることを特徴とする請求項１または２記載のロボットの制御装置。
5. 前記制御回路は、複数の前記モータを同時期に加速させる場合、前記制御プログラムを解析することにより複数の前記モータの移動量をそれぞれ特定し、相対的に移動量が少ない前記モータの加速を開始した後に前記第一スイッチを閉鎖することにより、相対的に移動量が多い前記モータに対して直流電力を融通可能とすることを特徴とする請求項１または２記載のロボットの制御装置。
6. 前記制御回路は、相対的に移動量が少ない前記モータの加速期間の半分が経過した後に前記第一スイッチを閉鎖することにより、相対的に移動量が多い前記モータに対して直流電力を融通可能とすることを特徴とする請求項５記載のロボットの制御装置。
7. 前記制御回路は、複数の前記モータを同時期に加速させる場合、前記制御プログラムを解析することにより複数の前記モータが要する出力をそれぞれ特定し、相対的に出力が小さい前記モータの加速を開始した後に前記第一スイッチを閉鎖することにより、相対的に出力が大きい前記モータに対して直流電力を融通可能とすることを特徴とする請求項１または２記載のロボットの制御装置。
8. 前記制御回路は、複数の前記モータを同時期に加速させる場合、前記制御プログラムを解析することにより複数の前記モータの加速期間をそれぞれ特定し、相対的に加速期間が短い前記モータの加速を開始した後に前記第一スイッチを閉鎖することにより、相対的に加速期間が長い前記モータに対して直流電力を融通可能とすることを特徴とする請求項１または２記載のロボットの制御装置。

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