JPH0715990A

JPH0715990A - 産業用ロボットの制御装置

Info

Publication number: JPH0715990A
Application number: JP5158646A
Authority: JP
Inventors: Kenji Inoue; 健二井上; Katsumi Kimura; 勝己木村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-17
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: JP2992920B2

Abstract

(57)【要約】【目的】産業用ロボットにおいて、モータの焼損防止
の監視対象となる実効電流を簡単な計算で求められるよ
うにする。【構成】演算部(3)はロボット制御軸(6)から電流値ｉ
を取り込み、この電流値ｉの２乗値を一次遅れフィルタ
を通した値の平方根を計算して実効電流Ｉ_eを計算す
る。判定部(4)は計算された実効電流Ｉ_eを定格電流Ｉ_R
と比較し、Ｉ_e＞Ｉ_Rになるとロボット制御軸(6)を停止
させる。また、表示部(5)は逐次計算される実効電流Ｉ_e
又はこれを折れ線グラフにして表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、産業用ロボットを駆
動するモータを制御する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平１−２３８４１９号
公報に示されるように、産業用ロボットにおいては、モ
ータの焼損を防止したり、ロボットのアームが何かに衝
突してもなお動き続けることを防止したりするために、
定格刊以上の電流を長時間通電しないように監視する機
能を持っている。

【０００３】ここで、モータ焼損の原因の主なものは、
モータに通電することによって発生する熱であり、この
発生する熱は、モータに流れる電流の２乗に比例する。
このため、監視対象となる電流としては、次の(1)式に
より求められる実効電流Ｉ_eを用いることが多い。

【０００４】

【数１】

【０００５】ここに、ｉ(t)：時刻ｔにおける電流値ｔ₀：プログラムの１サイクル時間又は一定時間 (1)式を離散系の式にすると、次式となる。

【０００６】

【数２】

【０００７】また、ほとんどのモータは定格電流以下で
あれば流し続けてもよいという性質を利用し、定格電流
を越えたら電流の２乗を積分し、定格電流以下になった
ら零にする機能を持つ演算器を用いて、監視対象電流を
演算することもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の産
業用ロボットの制御装置では、演算により実効電流Ｉ_e
を求めているため、少なくとも時間ｔ₀をカウントする
タイマと、時刻ｔにおける電流の２乗値ｉ²(t)を記憶し
ておくメモリが必要になる。しかし、記憶できる値の大
きさには制限があり、時間ｔ₀を時刻零から無限に続け
るわけにはいかない。そこで、実際に計算するときに
は、時間ｔ₀を有限時間に設定し、一定時間の実効電流
を時刻とともに範囲をずらしながら計算する、実効電流
の移動平均を用いることになる。

【０００９】しかしながら、範囲をずらしながら計算し
ようとすると、範囲内の各瞬時電流（ｉ(k)，ｋ＝ｎ−
ｎ₀−１，・・・，ｎ）をすべて記憶していなければなら
ず、必要なメモリの量がばく大になるという問題点があ
る。

【００１０】また、例えば実効電流Ｉ_eを２０秒間で計
算した場合に、図７に示すような電流が流れたとする
と、実効電流は定格電流Ｉ_Rよりも低くなるが、モータ
の温度上昇の点からは危険な状態にある。このようにモ
ータの焼損を防ぐために実効電流Ｉ_eを用いても、実効
電流Ｉ_eを計算する範囲は何らかの形で制限しなくては
ならず、その範囲の設定によっては、モータの焼損を防
ぐ対象電流にはできない場合があるという問題点があ
る。

【００１１】この発明は上記問題点を解消するためにな
されたもので、メモリの数を少なくして、モータの焼損
を防いだり、ロボットの動作デューティを評価したりす
るための実効電流を簡単な計算で求めることができるよ
うにした産業用ロボットの制御装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
係る産業用ロボットの制御装置は、計測されたモータの
電流値の２乗値を一次遅れフィルタを通した値の平方根
を計算して実効電流を演算する演算手段を備えたもので
ある。

【００１３】また、第２の発明に係る産業用ロボットの
制御装置は、第１の発明の演算手段を設け、この演算手
段による演算値を表示する表示装置を備えたものであ
る。

【００１４】また、第３の発明に係る産業用ロボットの
制御装置は、第１の発明の演算手段を設け、この演算手
段による演算値を一定時間ごとに折れ線グラフにして表
示する表示装置を備えたものである。

【００１５】また、第４の発明に係る産業用ロボットの
制御装置は、モータを停止させる実効電流の基準値を切
り換える切換装置を備えたものである。

【００１６】また、第５の発明に係る産業用ロボットの
制御装置は、外気温を検出する外気温センサを設け、モ
ータを停止させる実効電流の基準値を外気温センサの出
力に応じて変化させる基準値制御手段を備えたものであ
る。

【００１７】また、第６の発明に係る産業用ロボットの
制御装置は、モータの電流値及び回転速度を計測する計
測装置と、計測された値をロボット稼働プログラムごと
に時間積分し、この積分値に基づいてモータ及び減速機
等の実効トルクを演算する演算手段と、演算された実効
トルクが規定値を越えると警告を発する警告手段とを備
えたものである。

【００１８】また、第７の発明に係る産業用ロボットの
制御装置は、第６の発明の警告手段及び演算手段を設
け、演算された実効トルクが規定値を越えると、次回の
プログラム実行時には、実効トルクの基準値からの超過
分に応じて関節最高速度を変更して運転を継続する運転
継続手段とを備えたものである。

【００１９】

【作用】この発明の第１の発明においては、モータの電
流値の２乗値を一次遅れフィルタを通した値の平方根を
計算して実効電流を演算するようにしたため、前回の実
効電流さえ記憶しておけば、現在の実効電流が計算でき
る。

【００２０】また、第２の発明においては、実効電流の
演算値を表示するようにしたため、動作デューティの基
準となる実効電流が表示される。

【００２１】また、第３の発明においては、実効電流の
演算値を一定時間ごとに折れ線グラフで表示するように
したため、動作デューティの厳しい部分及び緩やかな部
分を知ることができる。

【００２２】また、第４の発明においては、モータを停
止させる実効電流の基準値を切り換えるようにしたた
め、外気温度に適した基準値を設定でき、第５の発明に
おいては、上記設定を外気温度に応じて変化させるよう
にしたため、基準値は自動的に設定される。

【００２３】また、第６の発明においては、モータの電
流値及び回転速度を時間積分し、これに基づいてモータ
及び減速機等の実効トルクを演算し、この演算された実
効トルクが規定値を越えると警告を発するようにしたた
め、ロボットの過負荷状態を監視し、動作デューティが
駆動系の容量を越えると警告を与える。

【００２４】また、第７の発明においては、演算された
実効トルクが規定値を越えると、次回のプログラム実行
時には、規定値からの超過分に応じて関節最高速度を変
更して運転を継続するようにしたため、低温起動的にも
警告を発生する可能性は低く、以後自動的に関節最高速
度は速くなる。

【００２５】

【実施例】実施例１．図１及び図２はこの発明の第１の
発明の一実施例を示す図で、図１は全体構成図、図２は
焼損防止演算動作フローチャートである。

【００２６】図１において、(1)は教示操作盤、(2)は制
御部で、演算部(3)、判定部(4)及び表示部(5)からなっ
ている。(6)はロボット制御軸であり、制御部(2)によっ
て制御される複数のモータからなっている。

【００２７】次に、この実施例の動作を図２を参照して
説明する。ステップ(11)（演算手段）で演算部(3)はロ
ボット制御軸(6)から電流値ｉを取り込み、実効電流Ｉ_e
を計算する。この実効電流Ｉ_eは(4)式に示すように、電
流値ｉの２乗を一次遅れフィルタに通した値の平方根と
して求められる。

【００２８】

【数３】

【００２９】ここに、Ｔ：一次遅れフィルタの時定数数
３を離散系で書くと、(5)式になる。

【００３０】

【数４】ここに、

【数５】Ｔs：計算のサンプル時間

【００３１】(5)式においては、前回のＩ_e（ｎ−１）さ
え記憶しておけば、現在のＩ_e（ｎ）が計算できること
になり、複雑な計算をする必要がなくなり、メモリ量が
少なく、処理が簡単になる。

【００３２】次に、ステップ(12)で判定部(4)は実効電
流Ｉ_eがモータの定格電流Ｉ_R（基準値）を越えたかを判
断する。越えていなければステップ(11)へ戻り、上記動
作を繰り返す。実効電流Ｉ_eが定格電流Ｉ_Rを越えると、
モータが焼損するおそれがあるので、ステップ(13)へ進
み、モータを停止させてロボットの制御を止める。な
お、ステップ(12)では実効電流Ｉ_eを定格電流Ｉ_Rと比較
したが、定格電流Ｉ_Rに限ることはなく、他の基準値を
用いてもよい。

【００３３】モータの温度上昇は、流れる電流値ｉの２
乗の和に比例する。しかし、外気に放熱されるため、徐
々に温度は下がっていく。今、電流ｉが流れていない、
つまりモータに加えられる熱量がないものとし、外気温
をＴ₀、モータの温度をＴ₁とすると、ｔ秒後のモータの
温度Ｔ(t)は、Ｔ(t)＝Ｔ₀＋（Ｔ₁−Ｔ₀）exp（−ｔ／Ｋ） …(7) ここで、Ｋはモータの熱時定数である。

【００３４】すなわち、ある時刻に加えられた熱量の、
モータの温度への影響は、時定数Ｋを持った指数関数的
に小さくなって行く。したがって、(6)式のＡの中の時
刻ＴをＫになるようにすれば、実効電流Ｉ_eはモータの
焼損を防ぐための監視対象として極めて望ましいものに
なる。

【００３５】実施例２．（第２の発明）通常のロボット
では、機種ごとに定めた標準動作パターンに基づいて、
各軸のモータを選定している。しかし、想定したデュー
ティを越えて使用する場合、種々な不具合が想定され
る。ロボットが実際にどのような使用をされているかを
言葉で説明するのはむずかしく、客観的に知るのは困難
である。このような動作パターンのデューティを表すの
にも、動作パターン時間の平均実効電流が用いられるこ
とがある。しかし、動作パターン時間も不定であり、同
様にメモリの数が多くなることは避けられない。

【００３６】実施例２では、実効電流Ｉ_eを表示部(5)に
表示することによって、これを動作デューティの基準に
用いることができるようにしている。これで、ロボット
に何か不具合が起きたときに、調整員が現地に出向いて
調べることなく、ユーザにこの表示値を見てもらうこと
により、ロボットの動作デューティが分かる。

【００３７】実施例３．（第３の発明）図３は実効電流
Ｉ_eの表示図であり、実効電流Ｉ_eを表示部(5)に時々刻
々折れ線グラフで表示するものである。これで、動作パ
ターンの中で、どの辺りが動作デューティが厳しく、ど
の辺りが動作デューティが緩やかであるかを知ることが
でき、ロボットのティーチング作業の効率を上げること
ができる。

【００３８】実施例４．（第４の発明）実施例４は図２
のステップ(12)の定格電流Ｉ_R（基準値）を複数段階に
切り換える切換装置を設けたものである。モータに与え
られる熱量の上限は、周囲温度によって異なってくる。
外気温度が低いほど、大きな電流を流すことができる。
ロボットが実際に稼働する場所は、種々の環境下が考え
られ、外気温度も大きく異なる。そこで、周囲温度に応
じて切換装置により、適正な基準値を選択できるように
している。

【００３９】実施例５．（第５の発明）実施例５は実施
例４を自動化したもので、外気温度を検出する外気温セ
ンサを設け、その出力に応じて上記基準値を変化させる
ようにする。これで、基準値は自動的に適正値に設定さ
れる。

【００４０】実施例６．上記各実施例では、実効電流Ｉ
_eを判断の対象にしたが、実効電流Ｉ_eの２乗値Ｉ_e ²を判
断対象にしてもよい。また、(5)式を次の(8)式に置換し
てもほぼ同様の効果が得られる。

【００４１】

【数６】

【００４２】実施例７．（第６の発明）図４はこの発明
の第６の発明の一実施例を示す過負荷演算動作フローチ
ャートである。なお、図１はこの実施例にも共用する。
図において、(21)は各関節駆動モータに供給する電流値
Ｉ_iを計測する計測装置である。ここで、ｉは各関節番
号である。

【００４３】次に、この実施例の動作を説明する。ステ
ップ(22)で計測装置(21)から電流値Ｉ_iを取り込み、ロ
ボット稼働プログラムが終了するまで、電流値Ｉ_iの２
乗値を次の(9)式に従って時間積分した値Ｐ_iを求める。
これで、プログラム終了時には、関節数だけ積分値Ｐ_i
が算出されることになる。積分値Ｐ_iは、プログラムの
所要時間をＴとすれば、(9)式で示される。

【００４４】

【数７】

【００４５】次に、ステップ(23)で上記積分値Ｐ_iを時
間Ｔで除した値の平方根を求め、実効電流Ｉ_eを得る。
ステップ(24)で各関節番号ｉごとに算出された実効電流
Ｉ_eiが基準値Ｉ_riを越えたかを判断する。越えていなけ
れば正常終了となり、越えていればステップ(25)で操作
者に警告を表示する。ここで、ステップ(22)(23)は演算
手段を、ステップ(24)(25)は警告手段を構成している。

【００４６】実施例８．（第６の発明）図５はこの発明
の第６の発明の他の実施例を示す過負荷演算動作フロー
チャートである。なお、図１はこの実施例にも共用す
る。図において、(31)は各関節駆動モータに供給する電
流値Ｉ_i及び回転速度Ｎ_iを計測する計測装置である。

【００４７】次に、この実施例の動作を説明する。ステ
ップ(32)で計測装置(31)から電流値Ｉ_i及び回転速度Ｎ_i
を取り込み、ロボット稼働プログラムが終了するまで、
下式に従って電流値Ｉ_iの３乗値と回転速度Ｎ_iの積の時
間積分を回転速度Ｎ_iの時間積分で除した値Ｓ_iを求め
る。これで、プログラム終了時には、関節数だけ値Ｓ_i
が算出されることになる。値Ｓ_iはプログラムの所要時
間をＴとすれば、次の(10)式で求められる。

【００４８】

【数８】

【００４９】次に、ステップ(33)で上記値Ｓ_iを時間Ｔ
で除した値の３乗根を求め、実効トルクＴ_eiを得る。ス
テップ(34)で各関節番号ｉごとに算出された実効トルク
Ｔ_eiが基準値Ｔ_riを越えたかを判断する。越えていなけ
れば正常終了となり、越えていればステップ(35)で操作
者に警報を表示する。ここで、ステップ(32)(33)は演算
手段を、ステップ(34)(35)は警告手段を構成している。

【００５０】このようにして、実施例７及び実施例８で
は、プログラムごとに異なるロボット関節駆動系の過負
荷状態を監視しており、動作デューティが駆動系の容量
を越えて使用される場合に警告を与えるため、障害が発
生する前に回避可能となる。

【００５１】実施例９．（第７の発明）図６はこの発明
の第７の発明の一実施例を示す運転説明図である。な
お、図１、図４及び図５はこの実施例にも共用する。こ
の実施例は、第１回のプログラム実行時点Ａで定まる関
節最高速度から、第２回目及び第３回目のプログラム実
行時点Ｂ，Ｃと関節最高速度を高くして、矢印Ｗに示す
ように暖気運転するものである。

【００５２】すなわち、通常プログラムは繰り返し使用
されるため、ステップ(25)(35)で警告を発するだけでな
く、ステップ(24)(34)で比較した値の差、Ｉ_ei−Ｉ_ri又
はＴ_ei−Ｔ_riから、次回のプログラム実行時には上記差
の大きさに応じて関節最高速度を変更する。このように
運転継続手段（図示しない）を設けることにより、継続
的に自動運転が可能になる。

【００５３】例えば、外気温度が低い場合は、潤滑油の
影響で一般に起動的のモータ駆動電流は大きい。すなわ
ち、実効電流Ｉ_ei及び実効トルクＴ_ei共大きいため、警
告を発生する可能性が高い。しかし、上記のように動作
することにより、自動的に関節最高速度が遅く設定さ
れ、暖気運転状態になる。そして、稼働時間が長くなる
について、潤滑油等が温まり、モータの駆動電流が減少
するに従い関節最高速度は自動的に速くなり、最終的に
正規の定格速度に達することになる。

【００５４】このようにして、運転中の実効電流Ｉ_ei又
は実効トルクＴ_eiと、基準値Ｉ_ri又は基準値Ｔ_riとの差
に応じて関節最高速度を変更することにより、自動運転
を停止することなく、また、駆動系に負担を掛けること
なく暖気運転が可能となる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したとおりこの発明の第１の発
明では、モータの電流値の２乗値を一次遅れフィルタを
通した値の平方根を計算して実効電流を演算するように
したので、前回の実効電流さえ記憶しておけば、現在の
実効電流が計算でき、メモリ量を少なくして、モータの
焼損を防いだり、ロボットの動作デューティを評価した
りするための実効電流を簡単な計算で求めることができ
る効果がある。

【００５６】また、第２の発明では、実効電流の演算値
を表示し、第３の発明では、実効電流の演算値を一定時
間ごとに折れ線グラフで表示するようにしたので、動作
デューティの厳しい部分及び緩やかな部分を知ることが
でき、ロボットのティーチング作業の効率の向上を図る
ことができる効果がある。

【００５７】また、第４の発明では、モータを停止させ
る実効電流の基準値を切り換えるようにし、第５の発明
では、気温に応じて変化させるようにしたので、外気温
度に適した基準値を設定でき、またこれが自動的に設定
され、常に適正な基準値によりロボットの運転ができる
効果がある。

【００５８】また、第６の発明では、モータの電流値及
び回転速度を時間積分し、これに基づいてモータ及び減
速機等の実効トルクを演算し、この演算された実効トル
クが規定値を越えると警告を発するようにしたので、ロ
ボットの過負荷状態を監視し、動作デューティが駆動系
の容量を越えると警告を与え、障害の発生を防止できる
効果がある。

【００５９】また、第７の発明では、演算された実効ト
ルクが規定値を越えると、次回のプログラム実行時には
規定値からの超過分に応じて関節最高速度を変更して運
転を継続するようにしたので、低温起動的にも警告を発
生する可能性は低く、以後自動的に関節最高速度は速く
なり、自動運転を停止することなく、かつ駆動系に負担
を掛けることなく暖気運転できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す全体構成図。

【図２】図１の焼損防止演算動作フローチャート。

【図３】この発明の実施例３を示す実効電流の表示図。

【図４】この発明の実施例７を示す過負荷演算動作フロ
ーチャート。

【図５】この発明の実施例８を示す過負荷演算動作フロ
ーチャート。

【図６】この発明の実施例９を示す運転説明図。

【図７】従来の産業用ロボットの制御装置を示すモータ
電流曲線図。

【符号の説明】

２制御部３演算手段（演算部）４演算手段（判定部）５表示装置（表示部）６ロボット制御軸１１，１２演算手段（ステップ）１３アラーム２１，３１計測装置２２，２３，３２，３３演算手段（ステップ）２４，２５，３４，３５警告手段（ステップ）

【手続補正書】

【提出日】平成５年８月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平１−２３８４１９号
公報に示されるように、産業用ロボットにおいては、モ
ータの焼損を防止したり、ロボットのアームが何かに衝
突してもなお動き続けることを防止したりするために、
定格以上の電流を長時間通電しないように監視する機能
を持っている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】すなわち、ある時刻に加えられた熱量の、
モータの温度への影響は、時定数Ｋを持った指数関数的
に小さくなっていく。したがって、(6)式のＡの中の時
刻ＴをＫになるようにすれば、実効電流Ｉ_eはモータの
焼損を防ぐための監視対象として極めて望ましいものに
なる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットを駆動するモータの電流値を計
測して実効電流を演算し、この実効電流が基準値を越え
ると上記モータを停止させる装置において、上記計測さ
れた電流値の２乗値を一次遅れフィルタを通した値の平
方根を計算して上記実効電流を演算する演算手段を備え
たことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
【請求項２】ロボットを駆動するモータの電流値を計
測して実効電流を演算し、この実効電流が基準値を越え
ると上記モータを停止させる装置において、上記計測さ
れた電流値の２乗値を一次遅れフィルタを通した値の平
方根を計算して上記実効電流を演算する演算手段と、こ
の演算手段による演算値を表示する表示装置とを備えた
ことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
【請求項３】ロボットを駆動するモータの電流値を計
測して実効電流を演算し、この実効電流が基準値を越え
ると上記モータを停止させる装置において、上記計測さ
れた電流値の２乗値を一次遅れフィルタを通した値の平
方根を計算して上記実効電流を演算する演算手段と、こ
の演算手段による演算値を一定時間ごとに折れ線グラフ
にして表示する表示装置とを備えたことを特徴とする産
業用ロボットの制御装置。
【請求項４】ロボットを駆動するモータの電流値を計
測して実効電流を演算し、この実効電流が基準値を越え
ると上記モータを停止させる装置において、上記基準値
を切り換える切換装置を備えたことを特徴とする産業用
ロボットの制御装置。
【請求項５】ロボットを駆動するモータの電流値を計
測して実効電流を演算し、この実効電流が基準値を越え
ると上記モータを停止させる装置において、外気温を検
出する外気温センサを設け、この外気温センサの出力に
応じて上記基準値を変化させる基準値制御手段を備えた
ことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。
【請求項６】ロボットを駆動するモータを制御する装
置において、上記モータの電流値及び回転速度を計測す
る計測装置と上記計測された値を上記ロボットの稼働プ
ログラムごとに時間積分し、この積分値に基づいて上記
モータ及び減速機等の実効トルクを演算する演算手段
と、上記演算された実効トルクが規定値を越えると警告
を発する警告手段とを備えたことを特徴とする産業用ロ
ボットの制御装置。
【請求項７】ロボットを駆動するモータを制御する装
置において、上記モータの電流値及び回転速度を計測す
る計測装置と上記計測された値を上記ロボットの稼働プ
ログラムごとに時間積分し、この積分値に基づいて上記
モータ及び減速機等の実効トルクを演算する演算手段
と、上記演算された実効トルクが規定値を越えると次回
のプログラム実行時には上記演算された実効トルクの上
記規定値からの超過分に応じて関節最高速度を変更して
運転を継続する運転継続手段とを速度産業用ロボットの
制御装置。