JP6644145B2 - 産業用ロボットのための電気駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットのための電気駆動装置、このような電気駆動装置を備えた産業用ロボット、及び、このような産業用ロボットのための電気駆動装置の動作方法に関する。本発明はまた、このような産業用ロボットの電気駆動装置の動作方法を実行するためのコンピュータプログラム製品に関する。

産業用ロボットのための電気駆動装置は、回転磁界電圧を生成するための第１のハーフブリッジ及び第２のハーフブリッジを備えるインバータを含んでいてよい。このような電気駆動装置は、第１及び第２のハーフブリッジの遮断器を制御するための制御信号を生成する制御電子回路と、インバータからモータ電流回路を介して電流供給される回転磁界モータとをさらに備える。ロボットの機能制御部が、電気駆動装置の動作モードに作用する制御信号を提供可能である。また、電気駆動装置は、回転磁界電圧を強制的に遮断するための安全信号を供給するインターフェース装置を備える。

例えば、欧州特許出願公開第０７４２６３７号（EP 0 742 637 A1）は、電気駆動装置を確実に制動する方法及び装置について記載している。この欧州特許出願公開第０７４２６３７号（EP 0 742 637 A1）では、制御装置において、組み込まれた電機子の短絡回路を形成し、故障時に非常ブレーキを作動させることが可能であることが記載されている。組み込まれた電機子の短絡回路を形成するには、一方のインバータブリッジを遮断し、他方のインバータブリッジが、クロック制御されることにより、電気駆動装置の複数の相の短絡を生じさせる。好適なクロックにより、例えば、特性曲線を介して最適にトルクを制御することによって、リアクション時間と制動時間とを最適化することができる。

また、独国特許第１０２５４６０８号（DE 102 54 608 B4）は、組み込まれた電機子短絡制動装置を備える駆動装置システムを示している。ここでは、正常時の電機子短絡は、電気モータやその制御電子回路用の許容される熱負荷制限に達すると、終了する。

また、独国特許出願公開第１０２００７０５９４９２号（DE 10 2007 059 492 A1）は、電気モータを、非常ブレーキの範囲において、互いに独立した２つの電流路によって同時に短絡させるように構成された産業用ロボットについて記載している。

これらの背景に鑑み、本発明の課題は、産業用ロボットの電気駆動装置の動作を、特に安全性に関して改善することにある。

第１の態様によれば、産業用ロボットのための電気駆動装置が提案される。この駆動装置は、回転磁界電圧を直流電圧中間回路から生成するための第１のハーフブリッジ及び第２のハーフブリッジを備えるインバータと、前記第１のハーフブリッジのすべての遮断器及び前記第２のハーフブリッジのすべての遮断器を制御するための制御信号を生成するための制御電子回路と、前記インバータからモータ電流回路を介して電流供給される回転磁界モータとを備えている。ここで、前記インバータは、前記ロボットの機能制御部を介して前記駆動装置の動作モードに作用する制御信号を提供するための第１の接続装置と、前記ロボットの安全制御部を介して回転磁界電圧を強制的に遮断するための少なくとも１つの安全信号を供給するためのインターフェース装置とを備えている。各前記遮断器には、前記モータ電流回路から電気的に分離された双極性制御入力部を有する駆動回路が割り当てられている。前記第１のハーフブリッジの遮断器用の各駆動回路は、制御入力部が無電圧又は無電流の状態において、前記制御入力部にそれぞれ割り当てられた遮断器を非導電状態に移行させるように構成されている。前記第２のハーフブリッジの遮断器用の各駆動回路は、制御入力部が無電圧又は無電流の状態において、前記制御入力部にそれぞれ割り当てられた遮断器を導電状態に移行させるように構成されている。この電気駆動装置は、スイッチング装置をさらに備えている。前記スイッチング装置は、回転磁界電圧を強制的に遮断するための前記安全信号により、前記インバータのすべての遮断器用の駆動回路の制御入力部を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されている。

本電気駆動装置では、回転磁界電圧を強制的に遮断するための１つの信号、つまり安全信号により、ドリフトした回転磁界電圧が、複数の相（又はモータ端子）において遮断される、すなわち、回転磁界電圧が直流電流中間回路電圧の少なくとも１つの極から、つまり直流電圧中間回路の正極レール及び／又は負極レールから完全に分離されるだけでなく、これらの相も同時に短絡する。このため、回転する回転磁界モータの発電機電圧が、回転磁界モータの回転磁界巻線における電流に作用し、これによりトルクが生成され、このトルクは、回転運動に反作用して制動するように作用する。この制動トルクは、産業用ロボットに追加的に設けられた機械式ブレーキに対して補助的に利用され得る。

特に有利な点は、この制動状態を有効に生じさせることが、駆動装置のモータ動作が機能的に制御されている時にも必ず機能する必要がある、遮断器用の駆動回路といった部品の機能にのみ依存していることである。すなわち、この制動状態に必要な部品が機能することは、運転中に絶えず、特別な試験手順を行うことなく確認可能であり、スイッチング装置に依存している。このスイッチング装置は、好ましくは冗長性を有し、すなわち多重回路であり、安全な技術で構成され、遮断するようにのみ機能する。

これらの部品のいずれかが故障した時には、十分な強度の回転磁界が形成できない、例えば、遮断器が導電接続できなくなったりモータ巻線が断線したりしている場合であるか、又は、直流電圧中間回路の短絡が生じている、例えば、遮断器がオフできなくなったりモータ巻線が短絡したりしている場合である。

このような故障が起こるたびに、この故障はインバータにより認識されて、駆動装置は直接停止可能である。このように絶えず確認することにより、非常事態が生じた場合に、モータ短絡による追加的な制動トルクを実際に利用できる可能性が著しく上昇する。

特に、全制動状態の間の遮断器の制御は、スタティック制御であり、すなわち変調制御ではなく、上述のように、単純かつ信頼性のあるわずかな部材又は部品によってのみ行われる。したがって、ここに提案されるモータ短絡ブレーキが信頼性を有して機能することが、確保される。

この理由により、複雑な高集積回路部品、具体的にはクロックマイクロコントローラ及び制御回路は、使用されない。このため、提案される電気駆動装置の安全性は、実質的に改善される。特に、必要な場合（緊急時）に危険な機能停止が起こる可能性が著しく低減される。このため、ロボットの動きを安全制御部によって監視する際に、機械式ブレーキだけを使用するのではなくモータ短絡を介して実現可能な追加的な制動トルクと、緊急時に短縮された制動距離とを考慮することが、特に安全技術的にも可能になる。その結果、ロボットの作業空間の規定の境界の近傍において、ロボットの高い移動速度が実現される。

本電気駆動装置は、別の用途又は装置、具体的には動的かつ周期的に動作する機械及び搬送装置にも使用可能である。特に、モータが小型構造及び低重量を有している用途に適している。なぜなら、安全な電気制動作用により、発電制動用ではない機械式停止ブレーキを、過度に大きく形成する必要がないからである。

一実施形態によれば、前記安全信号は、二重化に構成されていて、前記スイッチング装置は、独立して、第１の回路及び第２の回路を介して、前記駆動回路の制御入力部を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されている。

安全信号の信号状態は、安全制御部から、冗長的に、両方の回路を介して送信される。これによって、安全信号は、技術的に特に信頼性を有する方法で、安全制御部からインバータまで送信され得る。したがって、２つの回路のうちのいずれかに故障が生じた場合でも、駆動装置を停止させることが可能である。

他の一実施形態によれば、前記駆動回路は、光カプラを含む。

他の一実施形態によれば、前記インターフェース装置は、第１の安全信号と、前記第１の安全信号に対して冗長な第２の安全信号とを前記ロボットの安全制御部から受信するための第１のインターフェース及び第２のインターフェースを備え、前記第１の安全信号によって、前記スイッチング装置の第１のスイッチが、前記光カプラのダイオードをグランドから分離させるように動作し、前記第２の安全信号によって、前記スイッチング装置の第２のスイッチが、前記光カプラを駆動させる前記制御電子回路を電源から分離させるように動作する。

これによって、安全信号の両方の回路は、回路技術的に異なる機構又は異なる接点を介して、駆動回路の制御入力部を無電圧又は無電流の状態に切り替えることが可能である。

このため、回路技術的に多様な構造により、信頼性がさらに高まる。同じく、いずれかの接点を機能停止させ得る故障原因、例えば所定の位置における短絡は、この接点が回路技術的に異なって構成されているため、別の接点には作用しない。したがって、遮断が成功する可能性は、この別の接点により高まる。

他の一実施形態によれば、前記スイッチング装置は、すべての遮断器の駆動回路の制御入力部を、安全信号が無電流の状態、又は固定基準電位に対して無電圧の状態において、同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されている。

これは、安全制御部とインバータとの間に断線が生じた場合に、自動的に駆動装置が停止し、このため自動的に安全状態が実現されるため、都合が良い。

他の一実施形態によれば、前記インバータにより電流供給される前記回転磁界モータは、永久励磁型同期モータである。

永久励磁型同期モータは、ロボット駆動に特に適している。なぜなら、頑丈であり、信頼性を有していて、短時間の過負荷耐性を有しているので、緊急時の制動工程において、信頼性を有してかつ同期モータを損なうことなく、高い制動トルクを提供可能だからである。

他の一実施形態によれば、前記電気駆動装置は、前記回転磁界モータに構造的に結合され、かつ、電子的にアクセス可能なデータメモリを含む。

ここで、前記インバータの制御電子回路は、前記回転磁界モータが動作可能に前記インバータに接続されると、前記データメモリに対して読み出しを行うように構成されていて、前記インバータの制御電子回路は、前記インバータと組み合わせた前記回転磁界モータの障害なく短絡制動を行うことに関する適合性を、前記データメモリに格納された情報から推定するように構成されている。

選択的又は追加的に、前記安全制御部は、前記回転磁界モータが動作可能に前記インバータに接続されると、前記データメモリに対して読み出しを行うように構成されていて、前記安全制御部は、前記インバータと組み合わせた前記回転磁界モータの障害なく短絡制動を行うことに関する適合性を、前記データメモリに格納された情報から推定するように構成されている。

選択的又は追加的に、前記機能制御部は、前記回転磁界モータが動作可能に前記インバータに接続されると、前記データメモリに対して読み出しを行うように構成されていて、前記機能制御部は、前記インバータと組み合わせた前記回転磁界モータの障害なく短絡制動を行うことに関する適合性を、前記データメモリに格納された情報から推定するように構成されている。

これによって、有利にも、インバータに接続された回転磁界モータとそのインバータとの原則的な適合性を、自動的に確認することが可能になる。高い回転数からなる短絡制動は、インバータにとっても回転磁界モータにとっても、短時間ではあるが極めて高い電気的、熱的、機械的、及び、磁気的負荷を構成する。このような負荷状態は、好適に適合し合うインバータと回転磁界モータとを使用した場合にのみ、障害なく解消され、モータの制動トルクも信頼性を有して確実に提供可能になる。電気駆動装置のモータを、ロボットの初稼働の後、例えばメンテナンス又は改造の際にも、短絡制動に適していない別のモータに取り換えることが可能であるので、適合性や有効な確認結果に関連付けられた許容されるロボットの運動を自動的に確認することにより、駆動装置の損傷及び安全の損失が確実に回避される。

他の一実施形態によれば、前記電気駆動装置は、前記回転磁界モータに構造的に結合され、前記回転磁界モータのモータ軸の絶対的及び／又は相対的角度変化をセンサにより測定するためのロータリエンコーダを含む。前記ロータリエンコーダは、通信回線を介して、前記インバータの制御電子回路、及び／又は安全制御部、及び／又は機能制御部に結合されて、前記回転磁界モータのモータ軸及び／又は前記ロボットのロボット軸の現在位置を判定するようになっている。電子的にアクセス可能な前記データメモリは、前記ロータリエンコーダと、構造的かつ信号技術的に組み合わされている。

これにより、前記回転磁界モータに構造的に結合されたロータリエンコーダが制御システムに、このために必要とされる配線を設けることなく信号技術的に結合していることは、同時に、ロータリエンコーダに一体化されたデータメモリからモータ情報を読み出すためにも利用できるという、特に有効な構成が提供されるので、さらなる配線の手間が省ける。

第２の態様によれば、第１の態様に係る、又は第１の態様の実施形態のうちのいずれかに係る電気駆動装置を備える産業用ロボットが提案される。

第３の態様によれば、産業用ロボットのための電気駆動装置、特に、第１の態様に係る駆動装置の動作方法が提案される。ここで、前記駆動装置は、回転磁界電圧を直流電圧中間回路から生成するための第１のハーフブリッジ及び第２のハーフブリッジを備えるインバータと、前記第１のハーフブリッジのすべての遮断器及び前記第２のハーフブリッジのすべての遮断器を制御するための制御信号を生成するための制御電子回路と、前記インバータからモータ電流回路を介して電流供給される回転磁界モータとを備えている。前記インバータは、前記ロボットの機能制御部を介して前記駆動装置の動作モードに作用する制御信号を提供するための第１の接続装置と、前記ロボットの安全制御部を介して回転磁界電圧を強制的に遮断するための少なくとも１つの安全信号を供給するためのインターフェース装置とを備えている。各前記遮断器には、前記モータ電流回路から電気的に分離された双極性制御入力部を有する駆動回路が割り当てられている。

この方法では、前記第１のハーフブリッジの遮断器用の各駆動回路は、制御入力部が無電圧又は無電流の状態において、前記制御入力部にそれぞれ割り当てられた遮断器を非導電状態に移行させる。

また、前記第２のハーフブリッジの遮断器用の各駆動回路は、制御入力部が無電圧又は無電流の状態において、前記制御入力部にそれぞれ割り当てられた遮断器を導電状態に移行させる。

また、回転磁界電圧を強制的に遮断するための前記安全信号により、前記インバータのすべての遮断器用の駆動回路の制御入力部を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替える。

一実施形態によれば、前記電気駆動装置は、制動トルクを前記回転磁界モータのモータ軸に与えるための機械式ブレーキを備え、前記機械式ブレーキは、前記安全信号の印加と同時に起動されて、確実な停止を行う。

他の一実施形態によれば、前記安全制御部は、前記ロボットの動きを、位置、速度、及び／又は加速度についての所定の限界値に関して、速度に応じた最大制動距離を考慮しながら監視する。前記ロボットの運動状態毎に決定された最大許容速度を上回った時、又は、現在の速度のために維持されるべき境界位置までの最小間隔を下回った時には、前記安全信号を印加し、ここで、速度に応じた前記最大制動距離を判定又は確認する際には、前記機械式ブレーキによって与えられた保証制動トルクと、短絡した回転磁界モータによって与えられた保証制動トルクとの合計が考慮される。

これによって、安全制御部によって監視されている境界位置の近傍において、ロボットの高い方法速度が可能になり、このため、サイクル時間が短くなると共に生産性の改善が可能になる。

他の一実施形態によれば、所定の種類のインバータと組み合わせた所定の種類の回転磁界モータの、規定の動作条件下で障害なく短絡制動を行うことに関する適合性を、実験環境において確認する。そして、情報を、有効であると確認された種類の回転磁界モータに構造的に結合可能かつ電子式に読み出し可能なデータメモリ内に格納し、格納された情報から、適合性及び好ましくは規定の動作条件を推定可能であるので、前記ロボットと共に動作している間に、前記インバータの制御電子回路、及び／又は前記安全制御部、及び／又は前記機能制御部により、前記データメモリから情報を読み出して、使用中のインバータの種類と比較し、ここで、有効な確認結果が提示されるまで、前記ロボットの動きは停止される。

これによって、ロボットの１つ又は複数の駆動装置を後から変更又はメンテナンスする際にも、製造業者や独立した認証機関の側において短絡制動を障害なく実施することに関する適合性が確認及び判定されるモータだけを、所定の種類のインバータと組み合わせて駆動可能であることが確保されるため、ロボットの安全性が改善される。

提案される電気駆動装置について説明した実施形態及び特徴は、提案される方法にも同じように当てはまる。

第４の態様によれば、上述の第２の態様に係る方法をプログラム制御された装置に実行させるコンピュータプログラム製品が提案される。

例えばコンピュータプログラム手段等のコンピュータプログラム製品は、例えばメモリーカード、ＵＳＢスティック、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等のメモリ媒体として、又は、ネットワークにおいてサーバからダウンロード可能なデータの形で、提供又は配信されることが可能である。これは、例えば、ワイヤレス通信ネットワークにおいて、対応するデータを、コンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラム手段と共に転送することによって実現可能である。

本発明の他の可能な実施形態は、上述、又は、以下において実施形態に関して記載した特徴又は実施形態の言及していない組み合わせも含む。この場合、当業者は、個々の態様を、本発明の各基本形態に対する改善案又は追加案として加える。

以下に、本発明を、添付の図面を参照しながら、好ましい実施形態に基づきより詳細に説明する。

産業用ロボットのための電気駆動装置の一実施形態を示す回路図である。 産業用ロボットのための電気駆動装置を動作させる方法の第１の実施形態を示す概略的なフロー図である。 産業用ロボットのための電気駆動装置を動作させる方法の第２の実施形態を示す概略的なフロー図である。

図面において、他に記載のない限り、同一の要素、又は、機能が同一の要素には同一の参照番号が付されている。

図１には、産業用ロボットのための電気駆動装置１００の一実施形態を示す回路図が示されている。

図１の電気駆動装置１００は、インバータ１０を含み、このインバータ１０は、回転磁界電圧を直流電圧中間回路から生成するための第１のハーフブリッジ１１及び第２のハーフブリッジ１２を備える。第１のハーフブリッジ１１は、３つの遮断器Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５を含む。第２のハーフブリッジ１２も、３つの遮断器Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６を含む。

第１のハーフブリッジ１１は、直流電圧中間回路の正極レール３１に接続されている。第２のハーフブリッジ１２は、直流電圧中間回路の負極レール３２に接続されている。また、遮断器Ｔ１〜Ｔ６は、それぞれ、フリーホイーリングダイオードＦＤ１〜ＦＤ６を含む。

さらに、駆動装置１００は、制御電子回路４０、例えば、ＰＷＭ制御装置（ＰＷＭ：パルス幅変調）を含む。制御電子回路４０は、第１のハーフブリッジ１１のすべての遮断器Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５と、第２のハーフブリッジ１２のすべての遮断器Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６とを制御するための制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成するように構成されている。

電気駆動装置１００は、インバータ１０からモータ電流回路３３を介して電流が供給される回転磁界モータ２１をさらに含む。

具体的には、回転磁界モータ２１は、アセンブリ２０の一部である。アセンブリ２０は、回転磁界モータ２１に連結されたモータ軸２５をさらに含む。モータ軸２５には、ブレーキ２２及びロータリエンコーダ２３が設けられている。アセンブリ２０はさらに、例えばＲＯＭメモリ又はＥＥＰＲＯＭメモリとして形成されたデータメモリ２４を含む。例えば、回転磁界モータ２１は、永久励磁型同期モータである。

インバータ１０は、ロボットの機能制御部２００による、駆動装置１００の動作モードに作用する制御信号Ａを提供するための第１の接続装置１３をさらに含む。

インバータ１０は、少なくとも１つのインターフェース装置１４、１５をさらに含み、この少なくとも１つのインターフェース装置１４、１５は、ロボットの安全制御部３００による、回転磁界電圧を強制的に遮断するための少なくとも１つの安全信号ＳＴＯ１、ＳＴＯ２を供給するためのものである。

換言すると、インバータ１０は、ロボットの安全制御部３００に、少なくとも１つのインターフェース装置１４、１５を介して結合されている。

インバータ１０の遮断器Ｔ１〜Ｔ６には、それぞれ、モータ電流回路３３から電気的に分離され、双極性制御入力部Ｉ１〜Ｉ６を有する駆動回路Ｏ１〜Ｏ６が割り当てられている。例えば、駆動回路Ｏ１は、遮断器Ｔ１に割り当てられ、制御入力部Ｉ１を有している。簡潔にするために、図１においては、駆動回路Ｏ１及びＯ２だけを詳細に示した。他の駆動回路Ｏ３〜Ｏ６は、参照番号により示唆されている。

図１の例では、各駆動回路は、光カプラＯ１〜Ｏ６として構成されている。

第１のハーフブリッジ１１の遮断器Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５用の各光カプラＯ１、Ｏ３、Ｏ５は、制御入力部Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５が無電圧又は無電流の状態において、制御入力部Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５にそれぞれ割り当てられた遮断器Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５を非導電状態に移行させるように構成されている。例えば、第１のハーフブリッジ１１の遮断器Ｔ１用の光カプラＯ１は、制御入力部Ｉ１が無電圧又は無電流の状態において、制御入力部Ｉ１に割り当てられた遮断器Ｔ１を非導電状態に移行させるように構成されている。

また、第２のハーフブリッジ１２の遮断器Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６用の各光カプラＯ２、Ｏ４、Ｏ６は、制御入力部Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６が無電圧又は無電流の状態において、制御入力部Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６にそれぞれ割り当てられた遮断器Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６を導電状態に移行させるように構成されている。

電気駆動装置１００は、スイッチング装置６０をさらに含む。スイッチング装置６０は、複数のスイッチ６１、６２を含んでいてよい。スイッチング装置６０は、回転磁界電圧を強制的に遮断するための安全信号ＳＴＯ１、ＳＴＯ２により、インバータ１０のすべての遮断器Ｔ１〜Ｔ６用の光カプラＯ１〜Ｏ６の制御入力部Ｉ１〜Ｉ６を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されている。

特に、安全信号ＳＴＯ１、ＳＴＯ２は、図１に示されるように、二重化になるように実施されている。ここでスイッチング装置６０は、独立して、第１の回路ＳＴＯ１及び第２の回路ＳＴ０２を介して、光カプラＯ１〜Ｏ６の制御入力部Ｉ１〜Ｉ６を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されている。

ここで、インターフェース装置１４、１５は、第１の安全信号ＳＴＯ１と、第１の安全信号ＳＴＯ１に対して冗長な第２の安全信号ＳＴＯ２とをロボットの安全制御部３００から受信するための第１のインターフェース１４及び第２のインターフェース１５を含むことが好ましい。第１の安全信号ＳＴＯ１を用いて、スイッチング装置６０の第１のスイッチ６１は、光カプラＯ１〜Ｏ６のダイオードＤ１〜Ｄ６をグランド０Ｖから分離させるように動作する。上述のように、図１には、光カプラＯ３〜Ｏ６、及び従ってダイオードＤ３〜Ｄ６は単に示唆されているだけである。スイッチング装置６０の第２のスイッチ６２は、第２の安全信号ＳＴＯ２を用いて、光カプラＯ１〜Ｏ６を動作させるために、制御電子回路４０を電源ＶＶから分離するように動作する。

特に、スイッチング装置６０は、すべての遮断器Ｔ１〜Ｔ６の光カプラＯ１〜Ｏ６の制御入力部Ｉ１〜Ｉ６を同時に、安全信号ＳＴＯ１、ＳＴＯ２が無電流状態、又は、固定基準電位値に対して無電圧状態において、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されている。

上述のように、電気駆動装置１００は、アセンブリ２０内の回転磁界モータ２１に構造的に結合されたデータメモリ２４も含む。また、データメモリ２４は、電子的にアクセス可能である。データメモリ２４は、例えば、インバータ１０の制御電子回路４０を介して、安全制御部３００を介して、及び／又は機能制御部２００を介して、電子的にアクセス可能である。このため、通信回線８０が設けられている。図１の通信回線８０の破線の端部は、通信回線８０に、さらなるユニット、例えば制御ユニットが接続され得ることを示している。通信回線８０は、例えばバスである。

ここで、制御電子回路４０、及び／又は安全制御部３００、及び／又は機能制御部２００は、回転磁界モータ２１が動作可能にインバータ１０に接続されると、通信回線８０を介してデータメモリ２４に対して読み出しを行うように構成されている。また、制御電子回路４０、及び／又は安全制御部３００、及び／又は機能制御部２００は、インバータ１０と組み合わせた回転磁界モータ２１の障害なく短絡制動を行うことに関する適合性を、データメモリ２４内に格納された情報から推定するように構成されている。

また、上述のように、アセンブリ２０内にはロータリエンコーダ２３が配置されている。ロータリエンコーダ２３は、回転磁界モータ２１に連結されている。ロータリエンコーダ２３は、回転磁界モータ２１のモータ軸２５の絶対的及び／又は相対的角度変化を、センサで測定するように構成されている。ロータリエンコーダ２３も、回転磁界モータ２１のモータ軸、及び／又は、ロボットのロボット軸の現在位置を判定するために、通信回線８０を介して、インバータ１０の制御電子回路４０、及び／又は安全制御部３００、及び／又は機能制御部２００に結合されていてよい。

図２には、産業用ロボットのための電気駆動装置１００を動作させる方法の第１の実施形態を示す概略的なフロー図が示されている。このような電気駆動装置１００の例は、図１に示されている。

図２の典型的な方法は、以下のステップＳ２０１、Ｓ２０２、及びＳ２０３を含む。

ステップＳ２０１において、第１のハーフブリッジ１１の遮断器Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５用の各駆動回路Ｏ１、Ｏ３、Ｏ５は、制御入力部Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５が無電圧又は無電流の状態において、制御入力部Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５にそれぞれ割り当てられた遮断器Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５を非導電状態に移行させる。

ステップＳ２０２において、第２のハーフブリッジ１２の遮断器Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６用の各駆動回路Ｏ２、Ｏ４、Ｏ６は、制御入力部Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６が無電圧又は無電流の状態において、制御入力部Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６にそれぞれ割り当てられた遮断器Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６を導電状態に移行させる。

ステップＳ２０３において、回転磁界電圧を強制的に遮断するための安全信号ＳＴＯ１、ＳＴＯ２により、インバータ１０のすべての遮断器Ｔ１〜Ｔ６用の駆動回路Ｏ１〜Ｏ６の制御入力部Ｉ１〜Ｉ６を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替える。

図２に示されるステップＳ２０１、Ｓ２０２、及びＳ２０３の流れは、単に一例であり、具体的な時間的順番を示すものではない。具体的には、ステップＳ２０３を第１のステップとして実行してもよい。

図１に示されるように、電気駆動装置１００は、制動トルクを回転磁界モータ２１のモータ軸２５に与えるための機械式ブレーキ２２を備えていてよい。ここで特に、機械式ブレーキ２２は、安全信号ＳＴＯ１、ＳＴＯ２の印加と同時に起動されて、確実な停止を行う。

また、安全制御部３００は、好ましくはロボットの動きを、位置、速度、及び／又は加速度についての所定の限界値に関して、速度に応じた最大制動距離を考慮しながら監視する。ロボットの制動状態毎に決定された最大許容速度を上回った時、又は、現在の速度のために維持されるべき、境界位置までの最小間隔を下回った時には、安全信号ＳＴＯ１、ＳＴＯ２が印加される。ここで、速度に応じた前記最大制動距離を判定又は確認する際には、機械式ブレーキ２２によって与えられた保証制動トルクと、短絡した回転磁界モータ２１によって与えられた保証制動トルクとの合計が考慮されることが好ましい。

図３には、産業用ロボットのための電気駆動装置１００を動作させる方法の第２の実施形態を示す概略的なフロー図が示されている。このような電気駆動装置１００の例は、図１に示されている。

図３の典型的な方法は、以下のステップＳ３０１、Ｓ３０２、及びＳ３０３を含む。ステップＳ３０１において、所定の種類のインバータ１０と組み合わせた所定の種類の回転磁界モータ２１の、規定の動作条件下で障害なく短絡制動を行うことに関する適合性を、実験環境において確認する。具体的には、複数の種類の回転磁界モータと、複数の種類のインバータとを確認して、回転磁界モータとインバータとの許容される対を決定する。

ステップＳ３０２において、このために、情報を、有効であると確認された種類の回転磁界モータ２１に構造的に連結可能かつ電子式に読み出し可能なデータメモリ２４内に格納する。

ステップＳ３０３において、格納された情報から、適合性、及び、好ましくは所定の動作条件を推定して、ロボットと共に動作している間に、インバータ１０の制御電子回路４０、及び／又はロボットの安全制御部３００、及び／又はロボットの機能制御部２００により、データメモリ２４から情報を読み出して、使用中のインバータ１０の種類と比較する。ここで、有効な確認結果が提示されるまで、ロボットの動きは停止される。

実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は様々に変更可能である。

０Ｖ…グランド、１０…インバータ、１１…第１のハーフブリッジ、１２…第２のハーフブリッジ、１３…接続装置、１４…第１のインターフェース、１５…第２のインターフェース、２０…アセンブリ、２１…回転磁界モータ、２２…ブレーキ、２３…ロータリエンコーダ、２４…データメモリ、２５…モータ軸、３１…正極レール、３２…負極レール、３３…モータ電流回路、４０…制御電子回路、６０…スイッチング装置、６１…第１のスイッチ、６２…第２のスイッチ、８０…通信回線、１００…電気駆動装置、２００…機能制御部、３００…安全制御部、Ａ…制御信号、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６…ダイオード、ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３、ＦＤ４、ＦＤ５、ＦＤ６…フリーホイーリングダイオード、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６…双極性制御入力部、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…相、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６…光カプラ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６…制御信号、ＳＴＯ１、ＳＴＯ２…安全信号、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６…遮断器、ＶＶ…電源

Claims (10)

1. 産業用のロボットのための電気駆動装置であって、回転磁界電圧を直流電圧中間回路から生成するための第１のハーフブリッジ及び第２のハーフブリッジを備えるインバータと、前記第１のハーフブリッジのすべての遮断器及び前記第２のハーフブリッジのすべての遮断器を制御するための制御信号を生成するための制御電子回路と、前記インバータからモータ電流回路を介して電流供給される回転磁界モータとを備え、
   前記インバータは、前記ロボットの機能制御部による、前記電気駆動装置の動作モードに作用する制御信号を提供するための第１の接続装置と、前記ロボットの安全制御部による、回転磁界電圧を強制的に遮断するための少なくとも１つの安全信号を供給するためのインターフェース装置とを備え、
   各前記遮断器には、前記モータ電流回路から電気的に分離された双極性の制御入力部を有する駆動回路が割り当てられている、電気駆動装置において、
   前記第１のハーフブリッジの遮断器用の各駆動回路は、前記制御入力部が無電圧又は無電流の状態において、前記制御入力部にそれぞれ割り当てられた遮断器を非導電状態に移行させるように構成されていて、
   前記第２のハーフブリッジの遮断器用の各駆動回路は、前記制御入力部が無電圧又は無電流の状態において、前記制御入力部にそれぞれ割り当てられた遮断器を導電状態に移行させるように構成されていて、
   スイッチング装置が設けられていて、前記スイッチング装置は、回転磁界電圧を強制的に遮断するための前記安全信号により、前記インバータのすべての遮断器用の駆動回路の前記制御入力部を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されていることを特徴とする電気駆動装置。
2. 前記安全信号は、二重化に構成されていて、前記スイッチング装置は、独立して、第１の回路及び第２の回路を介して、前記駆動回路の制御入力部を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
3. 前記駆動回路は光カプラを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気駆動装置。
4. 前記インターフェース装置は、第１の安全信号と、前記第１の安全信号に対して冗長な第２の安全信号とを前記ロボットの安全制御部から受信するための第１のインターフェース及び第２のインターフェースを備え、前記第１の安全信号によって、前記スイッチング装置の第１のスイッチが、前記光カプラのダイオードをグランドから分離させるように動作し、前記第２の安全信号によって、前記スイッチング装置の第２のスイッチが、前記光カプラを駆動させる前記制御電子回路を電源から分離させるように動作することを特徴とする請求項３に記載の電気駆動装置。
5. 前記スイッチング装置は、すべての遮断器の駆動回路の前記制御入力部を、安全信号が無電流の状態、又は固定基準電位に対して無電圧の状態において、同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気駆動装置。
6. 前記インバータにより電流供給される前記回転磁界モータは、永久励磁型同期モータであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電気駆動装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の電気駆動装置を備えることを特徴とする産業用ロボット。
8. 産業用のロボットのための電気駆動装置の動作方法であって、前記電気駆動装置は、回転磁界電圧を直流電圧中間回路から生成するための第１のハーフブリッジ及び第２のハーフブリッジを備えるインバータと、前記第１のハーフブリッジのすべての遮断器及び前記第２のハーフブリッジのすべての遮断器を制御するための制御信号を生成するための制御電子回路と、前記インバータからモータ電流回路を介して電流供給される回転磁界モータとを備え、前記インバータは、前記ロボットの機能制御部を介して前記電気駆動装置の動作モードに作用する制御信号を提供するための第１の接続装置と、前記ロボットの安全制御部を介して回転磁界電圧を強制的に遮断するための少なくとも１つの安全信号を供給するためのインターフェース装置とを備え、各前記遮断器には、前記モータ電流回路から電気的に分離された双極性の制御入力部を有する駆動回路が割り当てられている方法において、
   前記第１のハーフブリッジの遮断器用の各駆動回路は、前記制御入力部が無電圧又は無電流の状態において、前記制御入力部にそれぞれ割り当てられた遮断器を非導電状態に移行させ、
   前記第２のハーフブリッジの遮断器用の各駆動回路は、前記制御入力部が無電圧又は無電流の状態において、前記制御入力部にそれぞれ割り当てられた遮断器を導電状態に移行させ、
   回転磁界電圧を強制的に遮断するための前記安全信号により、前記インバータのすべての遮断器用の駆動回路の前記制御入力部を同時に、無電圧及び／又は無電流状態に切り替えることを特徴とする方法。
9. 前記電気駆動装置は、制動トルクを前記回転磁界モータのモータ軸に与えるための機械式ブレーキを備え、前記機械式ブレーキは、前記安全信号の印加と同時に起動されて、確実な停止を行うことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 請求項８又は９に記載の方法を、プログラム制御された装置に実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

Images