JP6904201B2 - ロボット制御装置、ロボット、及びロボットシステム - Google Patents

Description

この発明は、ロボット制御装置、ロボット、及びロボットシステムに関する。

ロボット制御装置によってロボットを制御する際に発生するノイズを抑制する技術の研究や開発が行われている。

これに関し、駆動部と、駆動部に電力を伝送する電力線を有するフレキシブル基板と、電力線に接続されたチョークコイルと、を備え、電力線によって形成される寄生容量と、チョークコイルとによって、帯域除去フィルタが形成されている、ロボットが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１６−７８２１２号公報

ここで、このようなロボットが、電力線間を短絡させることにより駆動部を制動させるダイナミックブレーキを備えている場合、チョークコイルが設けられた位置によって、電力線間のショートによって駆動部から発生する回生電流がチョークコイルを発熱させてしまうことがあった。チョークコイルは、大きさが大きいほど、耐熱性が高くなるとともに値段が増大する場合が多い。このため、当該回生電流によるチョークコイルの発熱量が高い場合、当該ロボットは、チョークコイルの小型化と、製造コストの抑制とが困難である場合があった。

上記課題の少なくとも一つを解決するために本発明の一態様は、駆動部を有するロボットを制御するロボット制御装置であって、電力線によって前記駆動部に接続され、供給された電力を前記駆動部に供給する電力に変換する電力変換部と、前記電力線間を短絡させて前記駆動部を制動する制動部と、前記電力線に設けられ、前記制動部と前記電力線との接続点よりも前記電力変換部側に位置するインダクタンス素子と、を備えるロボット制御装置である。
これにより、ロボット制御装置は、インダクタンス素子によってノイズを抑制することができるとともに、電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボット制御装置において、異常を検知する検知部を備え、前記制動部は、前記検知部が異常を検知した場合、前記電力線間を短絡させる、構成が用いられてもよい。
これにより、ロボット制御装置は、検知部による異常の検知に応じた電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボット制御装置において、前記電力変換部は、複数のスイッチング素子を有し、前記検知部が異常を検知した場合、前記複数のスイッチング素子のスイッチをオフにする、構成が用いられてもよい。
これにより、ロボット制御装置は、電力線間の短絡によって電流が電力変換部へ流れ込んでしまうことを抑制しつつ、電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボット制御装置において、前記検知部は、前記電力変換部と一体である、構成が用いられてもよい。
これにより、ロボット制御装置は、電力変換部と一体である検知部による異常の検知に応じた電力線間を短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボット制御装置において、前記電力変換部と、前記検知部と、前記制動部と、前記インダクタンス素子は、同一基板上に実装されている、構成が用いられてもよい。
これにより、ロボット制御装置は、電力変換部と検知部と制動部とともに同一基板上に実装されているインダクタンス素子の発熱であって電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボット制御装置において、前記制動部に供給される電圧が所定の値以下になった場合、前記制動部は、前記電力線間を短絡させる、構成が用いられてもよい。
これにより、ロボット制御装置は、制動部に供給される電圧が所定の値以下になったことに応じた電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボット制御装置において、前記電力線に設けられ、前記電力変換部と前記インダクタンス素子との間に電流検出部を有する、構成が用いられてもよい。
これにより、ロボット制御装置は、電力線に流れる電流に基づく制御を行いつつ、電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボット制御装置において、前記駆動部は、多相交流で駆動されるモーターを含む、構成が用いられてもよい。
これにより、ロボット制御装置は、インダクタンス素子によってノイズを抑制することができるとともに、多相交流で駆動されるモーターに接続された電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、上記に記載のロボット制御装置により制御される、ロボットである。
これにより、ロボットは、インダクタンス素子によってノイズを抑制することができるとともに、電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、上記に記載のロボット制御装置と、前記ロボットと、を備えるロボットシステムである。
これにより、ロボットシステムは、インダクタンス素子によってノイズを抑制することができるとともに、電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

実施形態に係るロボットシステム１の構成の一例を示す図である。 ロボット制御装置３０の構成の一例を示す図である。 電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間が短絡した状態の一例を示す図である。 ロボット制御装置３０がインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３を備えない場合において電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線から発生する高周波のノイズの一例を示すグラフである。 ロボット制御装置３０が図２に示したようにインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３を備える場合において電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線から発生する高周波のノイズの一例を示すグラフである。

＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

＜ロボットシステムの構成＞
まず、ロボットシステム１の構成について説明する。
図１は、実施形態に係るロボットシステム１の構成の一例を示す図である。ロボットシステム１は、ロボット２０と、ロボット制御装置３０を備える。なお、ロボットシステム１では、ロボット２０とロボット制御装置３０とが別体に構成されているが、これに代えて、ロボット２０とロボット制御装置３０とが一体に構成されてもよい。この場合、ロボット制御装置３０は、ロボット２０に内蔵される。また、当該場合、ロボットシステム１は、ロボット制御装置３０と一体に構成されたロボット２０を備える。

ロボット２０は、可動部Ａと、可動部Ａを支持する支持台Ｂを備える単腕ロボットである。単腕ロボットは、この一例における可動部Ａのような１本の腕（アーム）を備えるロボットである。なお、ロボット２０は、単腕ロボットに代えて、複腕ロボットであってもよい。複腕ロボットは、２本以上の腕（例えば、２本以上の可動部Ａ）を備えるロボットである。なお、複腕ロボットのうち、２本の腕（例えば、２本の可動部Ａ）を備えるロボットは、双腕ロボットとも称される。すなわち、ロボット２０は、２本の腕を備える双腕ロボットであってもよく、３本以上の腕（例えば、３本以上の可動部Ａ）を備える複腕ロボットであってもよい。また、ロボット２０は、スカラロボット、直交座標ロボット、円筒型ロボット等の他のロボットであってもよい。直交座標ロボットは、例えば、ガントリロボットである。

可動部Ａは、エンドエフェクターＥと、マニピュレーターＭを備える。
エンドエフェクターＥは、物体を保持するエンドエフェクターである。この一例において、エンドエフェクターＥ１は、指部を備え、当該指部によって物体を挟んで持つことにより当該物体を保持する。なお、エンドエフェクターＥは、これに代えて、空気の吸引や磁力、他の治具等によって物体を持ち上げることにより当該物体を保持する構成であってもよい。なお、この一例において、保持するとは、物体を持ち上げることが可能な状態にすることを意味する。

エンドエフェクターＥは、ケーブルによってロボット制御装置３０と通信可能に接続されている。これにより、エンドエフェクターＥは、ロボット制御装置３０から取得される制御信号に基づく動作を行う。なお、ケーブルを介した有線通信は、例えば、イーサネット（登録商標）やＵＳＢ等の規格によって行われる。また、エンドエフェクターＥは、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信規格により行われる無線通信によってロボット制御装置３０と接続される構成であってもよい。

マニピュレーターＭは、６つの関節である関節Ｊ１〜関節Ｊ６を備える。また、当該６つの関節はそれぞれ、駆動部を備える。以下では、説明の便宜上、関節Ｊ１が備える駆動部を駆動部Ｍ１と称し、関節Ｊ２が備える駆動部を駆動部Ｍ２と称し、関節Ｊ３が備える駆動部を駆動部Ｍ３と称し、関節Ｊ４が備える駆動部を駆動部Ｍ４と称し、関節Ｊ５が備える駆動部を駆動部Ｍ５と称し、関節Ｊ６が備える駆動部を駆動部Ｍ６と称して説明する。

駆動部Ｍ１〜駆動部Ｍ６のそれぞれは、多相の交流（多相交流）で駆動されるモーターである。以下では、一例として、駆動部Ｍ１〜駆動部Ｍ６のそれぞれが、３相の交流（３相交流）で駆動されるモーターである場合について説明する。なお、駆動部Ｍ１〜駆動部Ｍ６のそれぞれは、２相の交流で駆動されるモーターであってもよく、４相以上の交流で駆動されるモーターであってもよい。

すなわち、マニピュレーターＭを備える可動部Ａは、６軸垂直多関節型のアームである。可動部Ａは、支持台Ｂと、エンドエフェクターＥと、マニピュレーターＭが備える駆動部Ｍ１〜駆動部Ｍ６のそれぞれとによる連携した動作によって６軸の自由度の動作を行う。なお、可動部Ａは、５軸以下の自由度で動作する構成であってもよく、７軸以上の自由度で動作する構成であってもよい。

マニピュレーターＭが備える駆動部Ｍ１〜駆動部Ｍ６はそれぞれ、ケーブルによってロボット制御装置３０と通信可能に接続されている。これにより、駆動部Ｍ１〜駆動部Ｍ６のそれぞれは、ロボット制御装置３０から取得される制御信号に基づいて、マニピュレーターＭを動作させる。なお、ケーブルを介した有線通信は、例えば、イーサネット（登録商標）やＵＳＢ等の規格によって行われる。また、マニピュレーターＭが備える６つのアクチュエーターのうちの一部又は全部は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信規格により行われる無線通信によってロボット制御装置３０と接続される構成であってもよい。

ロボット制御装置３０は、この一例において、ロボット２０を制御する（動作させる）コントローラーである。ロボット制御装置３０は、ロボット制御装置３０が備える図１において図示しないメモリーに予め記憶された動作プログラムに基づいて、１以上の教示点を動作プログラムが示す順に特定する。教示点は、ロボット２０の制御点を一致させる目標となる仮想的な点のことである。各教示点には、位置及び姿勢が対応付けられている。ロボット２０の制御点は、ロボット２０に設定された仮想的な点であってロボット２０とともに動く仮想的な点であり、例えば、ロボット２０のＴＣＰ（Tool Center Point）である。なお、当該制御点は、ＴＣＰに代えて、ロボット２０に設定された他の仮想的な点であってもよい。ある教示点に当該制御点を一致させた場合、当該制御点の位置及び姿勢と当該教示点の位置及び姿勢とが一致する。ロボット制御装置３０は、特定した教示点と、逆運動学とに基づいて、当該教示点に当該制御点が一致した場合における関節Ｊ１〜関節Ｊ６それぞれの回動角を算出する。ロボット制御装置３０は、算出した回動角に基づいて、駆動部Ｍ１〜駆動部Ｍ６のそれぞれを駆動させる制御信号を生成する。ロボット制御装置３０は、生成した制御信号に基づいて駆動部Ｍ１〜駆動部Ｍ６を駆動させ、当該制御点を当該教示点と一致させる。これにより、ロボット制御装置３０は、ロボット２０を動作させることができ、その結果、ロボット２０に動作プログラムが示す作業を行わせることができる。

ここで、図２を参照し、ロボット制御装置３０の構成について説明する。図２は、ロボット制御装置３０の構成の一例を示す図である。以下では、一例として、ロボット制御装置３０が駆動部Ｍ１を駆動させる場合を例に挙げて説明する。このため、図２では、図を簡略化するため、ロボット制御装置３０の構成のうち駆動部Ｍ１を駆動させる構成を示している。すなわち、図２では、ロボット制御装置３０の構成のうち駆動部Ｍ２〜駆動部Ｍ６のそれぞれを駆動させる構成を省略している。なお、ロボット制御装置３０の構成のうち駆動部Ｍ２〜駆動部Ｍ６のそれぞれを駆動させる構成は、ロボット制御装置３０の構成のうち駆動部Ｍ１を駆動させる構成と同じ構成であってもよく、ロボット制御装置３０の構成のうち駆動部Ｍ１を駆動させる構成と異なる構成であってもよい。以下では、一例として、ロボット制御装置３０の構成のうち駆動部Ｍ２〜駆動部Ｍ６のそれぞれを駆動させる構成が、ロボット制御装置３０の構成のうち駆動部Ｍ１を駆動させる構成と同じ構成である場合について説明する。

ロボット制御装置３０の構成のうち駆動部Ｍ１を駆動させる構成には、プロセッサー３１と、メモリー３２と、ゲートドライバー３３と、電力変換部３４と、制動部３５と、インダクタンス素子Ｃ１と、インダクタンス素子Ｃ２と、インダクタンス素子Ｃ３と、電流検出部Ｉ１と、電流検出部Ｉ２が含まれている。

プロセッサー３１は、ロボット制御装置３０の全体を制御する。プロセッサー３１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。なお、プロセッサー３１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の他のプロセッサーであってもよい。プロセッサー３１は、メモリー３２に予め記憶された動作プログラムに基づいて、１以上の教示点を動作プログラムが示す順に特定する。プロセッサー３１は、特定した教示点と、逆運動学とに基づいて、当該教示点に当該制御点が一致した場合における関節Ｊ１〜関節Ｊ６それぞれの回動角を算出する。プロセッサー３１は、算出した回動角のうち関節Ｊ１を回動させる回動角に基づいて、駆動部Ｍ１を駆動させる制御信号を生成する。プロセッサー３１は、生成した制御信号をゲートドライバー３３に出力する。

メモリー３２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory）、ＲＯＭ（Read−Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む。なお、メモリー３２は、ロボット制御装置３０に内蔵されるものに代えて、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置であってもよい。メモリー３２は、ロボット制御装置３０が処理する各種情報、前述の動作プログラム等を格納する。

ゲートドライバー３３は、例えば、増幅部３３１と、制御部３３２と、検知部３３３を備える。ゲートドライバー３３が備えるこれらの機能部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部である。なお、当該機能部のうちの一部又は全部は、ソフトウェア機能部であってもよい。また、ゲートドライバー３３は、これらの機能部に代えて、他の機能部を備える構成であってもよい。

増幅部３３１は、プロセッサー３１から駆動部Ｍ１を駆動させる制御信号を取得する。増幅部３３１は、取得した制御信号を増幅する。

制御部３３２は、増幅部３３１によって増幅された制御信号に基づいて電力変換部３４を制御し、電力変換部３４に駆動部Ｍ１を駆動させる。ここで、電力変換部３４について説明する。

電力変換部３４は、電力線によって駆動部Ｍ１と接続されている。この一例において、電力変換部３４は、駆動部Ｍ１が３相交流で駆動されるモーターであるため、３本の電力線である電力線Ｌ１、電力線Ｌ２、電力線Ｌ３によって駆動部Ｍ１と接続されている。以下では、説明の便宜上、当該３相のそれぞれをＵ相、Ｖ相、Ｗ相と称して説明する。電力線Ｌ１は、駆動部Ｍ１のＵ相の電磁石に電力を供給する電力線である。電力線Ｌ２は、駆動部Ｍ１のＶ相の電磁石に電力を供給する電力線である。電力線Ｌ３は、駆動部Ｍ１のＷ相の電磁石に電力を供給する電力線である。

電力変換部３４は、ロボット制御装置３０が備える図示しない電源から予め決められた電圧が印加された配線ＵＶと、グラウンドに接地された配線ＤＶと、複数のスイッチング素子を有する。

配線ＵＶと配線ＤＶは、配線ＳＬ１によって接続されている。配線ＳＬ１は、配線ＵＶと配線ＤＶとの間に接続点Ｐ１１を有する。接続点Ｐ１１は、電力線Ｌ１と接続されている。また、配線ＳＬ１には、接続点Ｐ１１と配線ＵＶとの間にスイッチング素子ＳＵ１が設けられている。また、配線ＳＬ１には、接続点Ｐ１１と配線ＤＶとの間にスイッチング素子ＳＵ２が設けられている。ここで、スイッチング素子ＳＵ１とスイッチング素子ＳＵ２のそれぞれは、電力変換部３４が有する複数のスイッチング素子の１つである。

配線ＵＶと配線ＤＶは、配線ＳＬ２によって接続されている。配線ＳＬ２は、配線ＵＶと配線ＤＶとの間に接続点Ｐ１２を有する。接続点Ｐ１２は、電力線Ｌ２と接続されている。また、配線ＳＬ２には、接続点Ｐ１２と配線ＵＶとの間にスイッチング素子ＳＵ３が設けられている。また、配線ＳＬ２には、接続点Ｐ１２と配線ＤＶとの間にスイッチング素子ＳＵ４が設けられている。ここで、スイッチング素子ＳＵ３とスイッチング素子ＳＤ４のそれぞれは、電力変換部３４が有する複数のスイッチング素子の１つである。

配線ＵＶと配線ＤＶは、配線ＳＬ３によって接続されている。配線ＳＬ３は、配線ＵＶと配線ＤＶとの間に接続点Ｐ１３を有する。接続点Ｐ１３は、電力線Ｌ３と接続されている。また、配線ＳＬ３には、接続点Ｐ１３と配線ＵＶとの間にスイッチング素子ＳＵ５が設けられている。また、配線ＳＬ３には、接続点Ｐ１３と配線ＤＶとの間にスイッチング素子ＳＵ６が設けられている。ここで、スイッチング素子ＳＵ５とスイッチング素子ＳＵ６のそれぞれは、電力変換部３４が有する複数のスイッチング素子の１つである。

スイッチング素子ＳＵ１は、スイッチング素子ＳＵ１が有するスイッチのオン／オフ（すなわち、スイッチング）を切り替える半導体素子であり、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）である。なお、スイッチング素子ＳＵ１は、ＦＥＴに代えて、ＧＴＯ（Gate Turn Off Thyristor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の当該スイッチのオン／オフを切り替える他の半導体素子であってもよく、半導体素子に代えて、当該スイッチのオン／オフを切り替える他の素子であってもよい。

なお、スイッチング素子ＳＵ２〜スイッチング素子ＳＵ６のそれぞれの構成は、スイッチング素子ＳＵ６の構成と同じ構成であるため、説明を省略する。

ここで、制御部３３２は、増幅部３２１が増幅した制御信号であって駆動部Ｍ１を駆動させる制御信号に基づいて、電力変換部３４が備えるスイッチング素子ＳＵ１〜スイッチング素子ＳＵ６それぞれのオン／オフを切り替える。これにより、制御部３３２は、ロボット制御装置３０が備える図示しない電源から電力変換部３４に供給された電力（すなわち、配線ＵＶに印加された電圧）を、駆動部Ｍ１に供給する電力へ電力変換部３４に変換させる。電力変換部３４によって変換された電力は、駆動部Ｍ１に供給される。より具体的には、制御部３３２は、当該制御信号に基づいて、電力変換部３４が備えるスイッチング素子ＳＵ１〜スイッチング素子ＳＵ６のそれぞれのオン／オフを切り替えることによって、電力変換部３４に駆動部Ｍ１のスイッチング制御（例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御）を行わせる。

ゲートドライバー３３が備える機能部の説明に戻る。検知部３３３は、ロボット制御装置３０の異常を検知する。当該異常には、例えば、ロボット制御装置３０における過電流の発生、ロボット制御装置３０に供給されている電圧の低下、ロボット制御装置３０における過熱の発生等が含まれる。検知部３３３は、異常を検知した場合、検知した異常を示す情報をプロセッサー３１に出力する。当該場合、プロセッサー３１は、制動部３５を制御し、駆動部Ｍ１を制動させる。ここで、制動部３５について説明する。

制動部３５は、ロボット制御装置３０と駆動部Ｍ１とを繋ぐ電力線間（すなわち、電力線Ｌ１、電力線Ｌ２、電力線Ｌ３それぞれの間）を短絡させて駆動部Ｍ１を制動する。制動部３５は、スイッチＲＳ１と、スイッチＲＳ２と、スイッチＲＳ３を有するリレースイッチであってノーマリーオンのリレースイッチによって構成されたダイナミックブレーキである。

スイッチＲＳ１は、接続点Ｐ３１と、接続点Ｐ３２との間を繋ぐスイッチである。接続点Ｐ３１は、電力線Ｌ１が有する接続点であって駆動部Ｍ１と電力変換部３４との間に位置する接続点Ｐ２１と配線によって接続されている。接続点Ｐ３２は、電力線Ｌ２が有する接続点であって駆動部Ｍ１と電力変換部３４との間に位置する接続点Ｐ２２と配線によって接続されている。
スイッチＲＳ２は、前述の接続点Ｐ３２と、接続点Ｐ３３との間を繋ぐスイッチである。接続点Ｐ３３は、電力線Ｌ３が有する接続点であって駆動部Ｍ１と電力変換部３４との間に位置する接続点Ｐ２３と配線によって接続されている。

スイッチＲＳ３は、プロセッサー３１と接続されており、プロセッサー３１から電圧が供給されることによってオンになり、プロセッサー３１から供給される電圧が所定の値以下になった場合、オフになる。

ここで、スイッチＲＳ１及びスイッチＲＳ２は、スイッチＲＳ３のオン／オフに連動してオン／オフが切り替わる。前述した通り、制動部３５は、ノーマリーオンのリレースイッチである。このため、スイッチＲＳ１及びスイッチＲＳ２はそれぞれ、スイッチＲＳ３がオンになった場合にオフになる。また、スイッチＲＳ１及びスイッチＲＳ２はそれぞれ、スイッチＲＳ３がオフになった場合にオンになる。これにより、制動部３５は、図３に示したように、電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させることができる。図３は、電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間が短絡した状態の一例を示す図である。

制動部３５が電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させた場合、当該３つの電力線のそれぞれには、駆動部Ｍ１の駆動によって発生した回生電流が流れる。この回生電流によって、制動部３５は、駆動部Ｍ１を制動させる。

検知部３３３の説明に戻る。検知部３３３は、前述した通り、異常を検知した場合、検知した異常を示す情報をプロセッサー３１に出力する。当該場合、プロセッサー３１は、制動部３５のスイッチＲＳ３をオフにすることにより、電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させて駆動部Ｍ１を制動させる。

なお、スイッチＲＳ３は、前述した通り、プロセッサー３１から供給される電圧が所定の値以下になった場合にオフになる。このため、ロボット制御装置３０への電力の供給が何らかの理由によって遮断されてしまった場合にプロセッサー３１が動作しなくなったとしても、制動部３５は、電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させて駆動部Ｍ１を制動させる。

以上のように、ロボット制御装置３０は、ゲートドライバー３３と、電力変換部３４と、制動部３５を備える。ここで、ゲートドライバー３３の制御部３３２が電力変換部３４に駆動部Ｍ１のスイッチング制御を行わせた場合、３つの電力線である電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３のそれぞれには、高周波のノイズが発生する。当該ノイズを抑制しない場合、ロボット制御装置３０は、精度の高い作業をロボット２０に行わせることが困難になる。そこで、この一例におけるロボット制御装置３０は、ゲートドライバー３３と、電力変換部３４と、制動部３５に加えて、インダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３を備える。

インダクタンス素子Ｃ１は、インダクタンスを有する素子であり、例えば、チョークコイルである。なお、インダクタンス素子Ｃは、チョークコイルに代えて、フラックスゲートセンサー等のインダクタンスを有する他の素子であってもよい。

また、インダクタンス素子Ｃ１は、電力線Ｌ１に設けられる。より具体的には、インダクタンス素子Ｃ１は、電力線Ｌ１が有する接続点Ｐ２１よりも電力変換部３４側に設けられる。図２に示した例では、インダクタンス素子Ｃ１は、接続点Ｐ２１と接続点Ｐ１１との間に位置している。これにより、インダクタンス素子Ｃ１には、制動部３５が電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させた場合であっても、駆動部Ｍ１からの回生電流が流れない。その結果、ロボット制御装置３０は、電力線Ｌ１において発生する高周波のノイズを抑制することができるとともに、当該回生電流によってインダクタンス素子Ｃ１が発熱してしまうことを抑制することができる。

インダクタンス素子Ｃ２の構成は、インダクタンス素子Ｃ１の構成と同様の構成であるため、説明を省略する。インダクタンス素子Ｃ２は、電力線Ｌ２に設けられる。より具体的には、インダクタンス素子Ｃ２は、電力線Ｌ２が有する接続点Ｐ２２よりも電力変換部３４側に設けられる。図２に示した例では、インダクタンス素子Ｃ２は、接続点Ｐ２２と接続点Ｐ１２との間に位置している。これにより、インダクタンス素子Ｃ２には、制動部３５が電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させた場合であっても、駆動部Ｍ１からの回生電流が流れない。その結果、ロボット制御装置３０は、電力線Ｌ２において発生する高周波のノイズを抑制することができるとともに、当該回生電流によってインダクタンス素子Ｃ２が発熱してしまうことを抑制することができる。

インダクタンス素子Ｃ３の構成は、インダクタンス素子Ｃ１の構成と同様の構成であるため、説明を省略する。インダクタンス素子Ｃ３は、電力線Ｌ３に設けられる。より具体的には、インダクタンス素子Ｃ３は、電力線Ｌ３が有する接続点Ｐ２３よりも電力変換部３４側に設けられる。図２に示した例では、インダクタンス素子Ｃ３は、接続点Ｐ２３と接続点Ｐ１３との間に位置している。これにより、インダクタンス素子Ｃ３には、制動部３５が電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させた場合であっても、駆動部Ｍ１からの回生電流が流れない。その結果、ロボット制御装置３０は、電力線Ｌ３において発生する高周波のノイズを抑制することができるとともに、当該回生電流によってインダクタンス素子Ｃ３が発熱してしまうことを抑制することができる。

ここで、この一例においてチョークコイルであるインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３は、大きさが大きいほど、耐熱性が高くなるとともに値段が増大する場合が多い。このため、当該回生電流によるインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３それぞれの発熱が抑制されている場合、ロボット制御装置３０は、インダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３の小型化（そして、当該小型化に伴うロボット制御装置３０の小型化）と、製造コストの抑制とを図ることができる。

図４は、ロボット制御装置３０がインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３を備えない場合において電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線から発生する高周波のノイズの一例を示すグラフである。図５は、ロボット制御装置３０が図２に示したようにインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３を備える場合において電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線から発生する高周波のノイズの一例を示すグラフである。図４及び図５に示したグラフの横軸は、ノイズの周波数を示す。当該グラフの縦軸は、当該グラフの横軸によって示される周波数のノイズの大きさを示す。また、図４及び図５に示したグラフにおいて、値ＴＨは、ロボット制御装置３０によるロボット２０の制御において許容可能なノイズの上限値を示す。図４に示したグラフでは、当該３つの電力線から発生する高周波のノイズは、７ＭＨｚ以上の周波数帯の一部において、値ＴＨを超えている。一方、図５に示したグラフでは、当該ノイズは、いずれの周波数帯であっても値ＴＨを超えていない。すなわち、ロボット制御装置３０がインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３のそれぞれを備えている場合、当該ノイズが抑制されていることが分かる。すなわち、ロボット制御装置３０が図２に示したようにインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３を備える場合、ロボット制御装置３０は、インダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３によって当該ノイズを抑制することができるとともに、電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間の短絡によるインダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３それぞれの発熱を抑制することができる。

また、図２に示した例では、ロボット制御装置３０は、ゲートドライバー３３と、電力変換部３４と、制動部３５と、インダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３に加えて、電流検出部Ｉ１及び電流検出部Ｉ２を備える。

電流検出部Ｉ１は、シャント抵抗を有し、シャント抵抗の両端の電位差に応じた電流を検出する。電流検出部Ｉ１は、前述の接続点Ｐ２１と接続点Ｐ１１との間（より具体的には、インダクタンス素子Ｃ１と接続点Ｐ１１との間）に設けられる。すなわち、電流検出部Ｉ１は、電力線Ｌ１に流れる電流を検出する。電流検出部Ｉ１が接続点Ｐ２１と接続点Ｐ１１との間に位置するため、電流検出部Ｉ１には、制動部３５が電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させた場合であっても、回生電流が流れない。このため、電流検出部Ｉ１には、耐熱性の低い安価なセンサーを利用することができる。その結果、ロボット制御装置３０は、製造コストを抑制することができる。なお、電流検出部Ｉ１は、当該電流を検出可能であれば、如何なるセンサーであってもよい。また、電流検出部Ｉ１は、シャント抵抗に代えて、ホール素子やフラックスゲートセンサー等を備える構成であってもよい。

電流検出部Ｉ２の構成は、電流検出部Ｉ１の構成と同じ構成であるため、説明を省略する。電流検出部Ｉ２は、接続点Ｐ２２と接続点Ｐ１２との間（より具体的には、インダクタンス素子Ｃ２と接続点Ｐ１２との間）に設けられる。すなわち、電流検出部Ｉ２は、電力線Ｌ２に流れる電流を検出する。電流検出部Ｉ２が接続点Ｐ２２と接続点Ｐ１２との間に位置するため、電流検出部Ｉ２には、制動部３５が電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させた場合であっても、回生電流が流れない。このため、電流検出部Ｉ２には、耐熱性の低い安価なセンサーを利用することができる。その結果、ロボット制御装置３０は、製造コストを抑制することができる。なお、電流検出部Ｉ２は、当該電流を検出可能であれば、如何なるセンサーであってもよい。

ここで、電力線Ｌ１及び電力線Ｌ２のそれぞれに流れた電流が検出された場合、電力線Ｌ３に流れた電流は、キルヒホッフの法則によって算出可能である。このため、図２に示した例では、ロボット制御装置３０は、電力線Ｌ３に設ける電流検出部を備えていない。

電流検出部Ｉ１及び電流検出部Ｉ２を備えるため、ゲートドライバー３３の制御部３３２は、電力変換部３４を介して駆動部Ｍ１を制御する際、ベクトル制御を行うことができる。制御部３３２は、予め決められた時間が経過する毎に、電流検出部Ｉ１が検出した電流を示す情報と、電流検出部Ｉ２が検出した電流を示す情報とを取得する。制御部３３２は、取得したこれらの情報に基づいて、電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３のそれぞれに流れた電流を特定する。そして、制御部３３２は、特定した電流に基づいて、電力変換部３４を介した駆動部Ｍ１のベクトル制御を行う。当該ベクトル制御については、既知の制御方法によって実現されてもよく、これから開発される制御方法によって実現されてもよい。

また、ロボット制御装置３０は、電流検出部Ｉ１及び電流検出部Ｉ２を備えない構成であってもよい。この場合、制御部３３２は、電力変換部３４を介した駆動部Ｍ１のベクトル制御を行わない。

なお、上記において説明したゲートドライバー３３が備える機能部（増幅部３３１、制御部３３２、検知部３３３）のうちの一部又は全部と電力変換部３４とは、一体に構成されてもよく、別体に構成されてもよい。

また、上記において説明したゲートドライバー３３が備える機能部（増幅部３３１、制御部３３２、検知部３３３）のうちの一部又は全部と、電力変換部３４と、制動部３５と、インダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３とは、同一基板（ある１つの基板）上に実装される構成であってもよく、それぞれが複数の基板上に実装される構成であってもよい。

また、上記において説明したゲートドライバー３３が備える制御部３３２は、制動部３５が電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３の３つの電力線間を短絡させた場合、スイッチング素子ＳＵ１〜スイッチング素子ＳＵ６のそれぞれをオフにする構成であってもよい。これにより、ロボット制御装置３０は、駆動部Ｍ１において発生した回生電流が電力変換部３４を介してゲートドライバー３３及びプロセッサー３１に流れてしまうことを抑制することができる。

以上のように、ロボット制御装置３０は、電力線（上記において説明した例では、電力線Ｌ１〜電力線Ｌ３）によって駆動部（上記において説明した例では、駆動部Ｍ１）に接続され、供給された電力を駆動部に供給する電力に変換する電力変換部（上記において説明した例では、電力変換部３４）と、電力線間を短絡させて駆動部を制動する制動部（上記において説明した例では、制動部３５）と、電力線に設けられ、制動部と電力線との接続点（上記において説明した例では、接続点Ｐ２１〜接続点Ｐ２３）よりも電力変換部側に位置するインダクタンス素子（上記において説明した例では、インダクタンス素子Ｃ１〜インダクタンス素子Ｃ３）と、を備える。これにより、ロボット制御装置３０は、インダクタンス素子によってノイズを抑制することができるとともに、電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、ロボット制御装置３０は、異常を検知する検知部（上記において説明した例では、検知部３３３）を備え、検知部が異常を検知した場合、電力線間を短絡させる。これにより、ロボット制御装置３０は、検知部による異常の検知に応じた電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、ロボット制御装置３０では、電力変換部は、複数のスイッチング素子（上記において説明した例では、スイッチング素子ＳＵ１〜スイッチング素子ＳＵ６）を有し、検知部が異常を検知した場合、複数のスイッチング素子のスイッチをオフにする。これにより、ロボット制御装置３０は、電力線間の短絡によって電流が電力変換部へ流れ込んでしまうことを抑制しつつ、電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、ロボット制御装置３０では、検知部は、電力変換部と一体である。これにより、ロボット制御装置３０は、電力変換部と一体である検知部による異常の検知に応じた電力線間を短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、ロボット制御装置３０では、電力変換部と、検知部と、制動部と、インダクタンス素子は、同一基板上に実装されている。これにより、ロボット制御装置３０は、電力変換部と検知部と制動部とともに同一基板上に実装されているインダクタンス素子の発熱であって電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、ロボット制御装置３０では、制動部に供給される電圧が所定の値以下になった場合、制動部は、電力線間を短絡させる。これにより、ロボット制御装置３０は、制動部に供給される電圧が所定の値以下になったことに応じた電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、ロボット制御装置３０では、電力線に設けられ、電力変換部とインダクタンス素子との間に電流検出部を有する。これにより、ロボット制御装置３０は、電力線に流れる電流に基づく制御（上記において説明した例では、ベクトル制御）を行いつつ、電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

また、ロボット制御装置３０では、駆動部は、多相交流で駆動されるモーターを含む。これにより、ロボット制御装置３０は、インダクタンス素子によってノイズを抑制することができるとともに、多相交流で駆動されるモーターに接続された電力線間の短絡によるインダクタンス素子の発熱を抑制することができる。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。

１…ロボットシステム、２０…ロボット、３０…ロボット制御装置、３１…プロセッサー、３２…メモリー、３３…ゲートドライバー、３４…電力変換部、３５…制動部、３３１…増幅部、３３２…制御部、３３３…検知部、Ｃ１〜Ｃ３…インダクタンス素子、Ｉ１、Ｉ２…電流検出部、Ｌ１〜Ｌ３…電力線、Ｍ１〜Ｍ６…駆動部

Claims (10)

1. 駆動部を有するロボットを制御するロボット制御装置であって、
   第１の電力線と、前記第１の電力線とは異なる第２の電力線とによって前記駆動部に接続され、電源から供給された電力を前記駆動部に供給する電力に変換する電力変換部と、
   前記第１の電力線と前記第２の電力線との間を短絡させて前記駆動部を制動する制動部と、
   前記第１の電力線に設けられ、前記制動部と前記第１の電力線との接続点よりも前記電力変換部側に位置するインダクタンス素子と、
   を備えるロボット制御装置。
2. 異常を検知する検知部を備え、
   前記制動部は、前記検知部が異常を検知した場合、前記第１の電力線と前記第２の電力線との間を短絡させる、
   請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 前記電力変換部は、
   複数のスイッチング素子を有し、
   前記検知部が異常を検知した場合、前記複数のスイッチング素子のスイッチをオフにする、
   請求項２に記載のロボット制御装置。
4. 前記検知部は、前記電力変換部と一体である、
   請求項２又は３に記載のロボット制御装置。
5. 前記電力変換部と、前記検知部と、前記制動部と、前記インダクタンス素子は、同一基板上に実装されている、
   請求項２から４のうちいずれか一項に記載のロボット制御装置。
6. 前記制動部に供給される電圧が所定の値以下になった場合、前記制動部は、前記第１の電力線と前記第２の電力線との間を短絡させる、
   請求項１から５のうちいずれか一項に記載のロボット制御装置。
7. 前記第１の電力線に設けられ、前記電力変換部と前記インダクタンス素子との間に電流検出部を有する、
   請求項１から６のうちいずれか一項に記載のロボット制御装置。
8. 前記駆動部は、多相交流で駆動されるモーターを含む、
   請求項１から７のうちいずれか一項に記載のロボット制御装置。
9. 請求項１から８のうちいずれか一項に記載のロボット制御装置により制御される、
   ロボット。
10. 請求項１から８のうちいずれか一項に記載のロボット制御装置と、
    前記ロボットと、
    を備えるロボットシステム。

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