(57)【要約】【課題】コスト増加を抑えつつ、制動解除の不良を正確に判断できること。【解決手段】制御装置は、所定機構を回転駆動する駆動手段と、駆動手段の回転部に対し押圧部を接触させ押圧することで駆動手段を制動する制動手段と、所定機構の回転位置の変更を行う場合、制動手段を制御して回転部から押圧部を離間させ所定位置に戻す制動解除期間後、所定機構を駆動することで回転位置の変更を行う制御手段と、制動解除期間後から所定時間内における駆動手段に対する指令値の変化量が所定値以上となる場合に、制動手段の制動解除の異常であると判定する異常判定手段と、を備える。【選択図】図１
2020044639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定機構を回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の回転部に対し押圧部を接触させ押圧することで前記駆動手段を制動する制動手段と、
前記所定機構の回転位置の変更を行う場合、前記制動手段を制御して前記回転部から前記押圧部を離間させ所定位置に戻す制動解除期間後、前記所定機構を駆動することで前記回転位置の変更を行う制御手段と、
を備える制御装置であって、
前記制動解除期間後から所定時間内における前記駆動手段に対する指令値の変化量が所定値以上となる場合に、前記制動手段の制動解除の異常であると判定する異常判定手段を備える、
ことを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定機構を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの関節を回転駆動するアクチュエータと、アクチュエータが動作しないときに、前記アクチュエータを制動し前記ロボットの姿勢を維持する制動部を備える制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７９６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アクチュエータの駆動力は、制動部の制動力よりも大きい。このため、制動部による制動解除の不良が発生してもアクチュエータは動作してしまい、その制動解除の不良を正確に判断できない。また、制動部により制動された状態で、アクチュエータが動作するすると、制動部及びアクチュエータの劣化を促進することにもなる。これに対し、制動解除の不良を判断するために、特別なセンサを取付けるという方法などが考えられるが、コスト増加を招く虞がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、コスト増加を抑えつつ、制動解除の不良を正確に判断できる制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
所定機構を回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の回転部に対し押圧部を接触させ押圧することで前記駆動手段を制動する制動手段と、
前記所定機構の回転位置の変更を行う場合、前記制動手段を制御して前記回転部から前記押圧部を離間させ所定位置に戻す制動解除期間後、前記所定機構を駆動することで前記回転位置の変更を行う制御手段と、
を備える制御装置であって、
前記制動解除期間後から所定時間内における前記駆動手段に対する指令値の変化量が所定値以上となる場合に、前記制動手段の制動解除の異常であると判定する異常判定手段を備える、
ことを特徴とする制御装置
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コスト増加を抑えつつ、制動解除の不良を正確に判断できる制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】制動部の概略的構成を示す図である。
【図３】回転部の引きずりが発生した状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る制御装置の処理方法のフローを示すフローチャートである。
【図５】制動開始期間後から所定時間内におけるアクチュエータに対する指令電流値の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係る制御装置は、例えば、ロボットなどの所定機構を制御する。ロボットは、ロボットアーム、脚式ロボット、ヒューマノイドロボット、などを含む。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態１に係る制御装置１は、ロボットの関節部を回転駆動するアクチュエータ２と、アクチュエータ２を制動する制動部３と、アクチュエータ２の回転を検出するエンコーダ４と、アクチュエータ２及び制動部３を制御する制御部５と、制動部３の異常を判定する異常判定部６と、ユーザに対して制動部３の異常を報知する報知部７と、を備えている。
【００１１】
制御装置１は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、メモリ、及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。
【００１２】
アクチュエータ２は、駆動手段の一具体例である。アクチュエータ２は、例えば、サーボモータである。アクチュエータ２は、ロボットの手首関節、肘関節、肩関節などの関節部に設けられ、各関節部を回転駆動する。アクチュエータ２の回転軸２２には、回転部２１が連結されており、回転部２１は回転軸２２と共に回転する（図２）。
【００１３】
制動部３は、制動手段の一具体例である。制動部３はアクチュエータ２の回転部２１に対しアーマチュア３１（押圧部）を接触させ押圧することで、回転部２１とアーマチュア３１との間に摩擦力を発生させ、その摩擦力によってアクチュエータ２を制動する。一方、制動部３は、アクチュエータ２の回転部２１からアーマチュア３１を離間させることでアクチュエータ２の制動を解除する。
【００１４】
図２は、制動部の概略的構成を示す図である。制動部３は、アクチュエータ２の回転部２１に接触するアーマチュア３１と、アーマチュア３１を付勢するバネ部材３２と、アーマチュア３１を吸引する電磁コイル３３と、を有している。
【００１５】
制動部３のバネ部材３２は、アーマチュア３１を、回転部２１側に付勢することで、アーマチュア３１を回転部２１に押圧する。一方、電磁コイル３３は、バネ部材３２の付勢に抗して、アーマチュア３１を電磁コイル３３側に吸引することで、回転部２１からアーマチュア３１を離間させる。
【００１６】
制動部３は、制御部５から制動解放信号に応じて、電磁コイル３３を励磁させアーマチュア３１を吸引し、回転部２１からアーマチュア３１を離間させ所定位置に戻すことで、アクチュエータ２の制動を解除する。例えば、電磁コイル３３から所定距離の位置にストッパなどが設けられている。このストッパによって所定位置は機械的に決められる。
【００１７】
制動部３は、制御部５から制動信号に応じて、電磁コイル３３の吸引を停止させる。これにより、アーマチュア３１は、バネ部材３２の付勢力によって回転部２１に押圧され、アクチュエータ２の回転部２１を制動する。
【００１８】
エンコーダ４は、アクチュエータ２の回転軸２２の回転角を検出し、検出した回転角を制御部５に出力する。アクチュエータ２、エンコーダ４及び制動部３は、一体的に構成されていてもよい。
【００１９】
制御部５は、制御手段の一具体例である。制御部５は、アクチュエータ２を制御するアクチュエータ制御部５１と、制動部３を制御する制動制御部５２と、を有している。アクチュエータ制御部５１は、例えば、アクチュエータ２のフィードバック制御を行う。
【００２０】
アクチュエータ制御部５１は、ロボットアームを制御するための指令値と、エンコーダ４からの回転角と、に基づいて、アクチュエータ２を制御するための指令電流値を生成する。アクチュエータ制御部５１は、生成した指令電流値をアクチュエータ２に対して出力する。アクチュエータ２は、アクチュエータ制御部５１からの指令電流値に応じて、回転駆動する。
【００２１】
制動制御部５２は、制動のトリガーとなる制動信号を制動部３に出力する。制動部３は、制動制御部５２からの制動信号に応じて、アクチュエータ２の制動を行う。一方、制動制御部５２は、制動解放のトリガーとなる制動解放信号を制動部３に出力する。制動部３は、制動制御部５２からの制動解放信号に応じて、アクチュエータ２の制動を解放する。
【００２２】
アクチュエータ２が動作しないときに、制動部３は、アクチュエータ２を制動しロボットアームの姿勢を維持する。これにより、ロボットアームの自重落下などを防止できる。ロボットアームの姿勢は、このアクチュエータ２が制動された状態から、変更される。
【００２３】
制御部５は、ロボットアームの姿勢変更を行う場合、まず、制動部３に対して制動解放信号を出力することで、制動部３の電磁コイル３３を制御して回転部２１からアーマチュア３１を離間させ、所定位置に戻すことでアクチュエータ２の制動を解除する。
【００２４】
制動解放信号が制御部５から制動部３へ出力され、アーマチュア３１が回転部２１から離間し所定位置に戻るまでの制動解除期間において、制御部５は、エンコーダ４からの回転角に基づいてアクチュエータ２を制御し、ロボットアームの関節部の回転位置をその位置に一時的に維持する重力補償の制御を行う。  その後、制御部５は、アクチュエータ２を制御して、ロボットアームの関節部を駆動することでロボットアームの姿勢変更を行う。
【００２５】
ところで、アクチュエータ２の駆動力は、制動部３の制動力よりも大きい。このため、例えば、図３に示す如く、アクチュエータ２の制動解除を行ったにもかかわらず、回転部２１とアーマチュア３１が離間せず、回転部２１とアーマチュア３１とが接触した状態で回転部２１のみが回転する引きずりが発生することがある。
【００２６】
このように、従来、制動部による制動解除の不良が発生してもアクチュエータは動作してしまい、その制動解除の不良を正確に判断できない。また、上記のように制動部により制動された状態で、アクチュエータが動作すると、制動部及びアクチュエータの劣化を促進することにもなる。これに対し、制動解除の不良を判断するために、アーマチュアの吸引時の電圧を検出する電圧計などの特別なセンサを取付けるという方法が考えられるが、コスト増加を招く虞がある。
【００２７】
これに対し、本実施形態において、異常判定部６は、制動解除期間後から所定時間内におけるアクチュエータ２に対する指令電流値の変化量が所定値以上となる場合に、制動解除の異常であると判定する。
【００２８】
制動解除期間後において回転部２１とアーマチュア３１が離間せず、引きずりが発生している場合、回転部２１が制動された状態でアクチュエータ２が動作することなる。このため、そのアクチュエータ２の動作に必要なトルクが増加し、その指令電流値も増加する。また、最大静止摩擦力がかかる回転部２１の静止状態から動作を開始する、制動解除期間直後において、指令電流値の変化量が最大となる。したがって、このタイミング、制動解除期間後から所定時間内において、アクチュエータ２に対する指令電流値の変化量が所定値以上で大きくなる場合に、引きずりによる制動解除の異常であると判定する。これにより、制動部３による制動解除の不良を正確に判断できる。また、制動解除の不良を判断するために、特別なセンサを取付ける必要がないため、コスト増加を抑制できる。
【００２９】
異常判定部６は、異常判定手段の一具体例である。異常判定部６は、制動解除期間ｔｂ後から所定時間ｔａ内におけるアクチュエータ２に対する指令電流値の変化量ΔＩ′が所定値Ｎ以上となる場合に、制動の解除の異常であると判定する。所定値Ｎ及び所定時間ｔａは、例えば、ロボットアームの動作プログラム毎に、制動解除の異常となるときの値が実験的に求められメモリなどに設定されている。
【００３０】
異常判定部６は、制御部５から出力されるアクチュエータ２の指令電流値に基づいて、制動解除期間ｔｂ後から所定時間ｔａ内における指令電流値の変化量ΔＩ′を算出する。異常判定部６は、算出した変化量ΔＩ′（最大値と最小値の差）が所定値Ｎ以上であるか否かを判定する。異常判定部６は、算出した変化量ΔＩ′が所定値Ｎ以上であると判定した場合、引きずりによる制動解除の異常であると判定する。一方、異常判定部６は、算出した変化量ΔＩ′が所定値Ｎ以上でないと判定した場合、制動解除が正常であると判定する。
【００３１】
異常判定部６は、制動部３による制動解除の異常であると判定すると、エラーコードなどを含む異常信号を報知部７に出力する。報知部７は、異常判定部６からの異常信号に応じて、制動部３による制動解除の異常をユーザに対して報知する。
【００３２】
報知部７は、例えば、その制動部３の異常を警告音でユーザに知らせるスピーカ、警告灯でユーザに知らせるライト、などで構成されている。報知部７は、回転部２１やアーマチュア３１など制動部３の部品の交換を知らせるディスプレイ、さらに、これらを任意に組み合わせて構成されてもよい。ユーザは、報知部７からの報知に応じて、制動部３の修理などの対応を迅速に行うことができる。
【００３３】
アクチュエータ制御部５１は、異常判定部６からの異常信号を受信すると、アクチュエータ２を制動する制御を行っても良い。アクチュエータ制御部５１は、異常判定部６からの異常信号を受信すると、アクチュエータ２の駆動を停止させてもよい。さらに、アクチュエータ制御部５１は、異常判定部６からの異常信号を受信すると、上記ユーザに対する報知、アクチュエータ２の制動、及び、アクチュエータ２の停止、のうち少なくとも１つを行っても良い。
【００３４】
図４は、本実施形態に係る制御装置の処理方法のフローを示すフローチャートである。異常判定部６は、制御部５から出力されるアクチュエータ２の指令電流値に基づいて、制動解除期間ｔｂ後から所定時間ｔａ内における指令電流値の変化量ΔＩ′を算出する（ステップＳ１０１）。
【００３５】
異常判定部６は、算出した変化量ΔＩ′が所定値Ｎ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。異常判定部６は、算出した変化量ΔＩ′が所定値Ｎ以上であると判定した場合（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、引きずりによる制動解除の異常であると判定する。（ステップＳ１０３）。異常判定部６は、異常信号を報知部７に出力する。
【００３６】
報知部７は、異常判定部６からの異常信号に応じて、制動部３による制動解除の異常をユーザに対して報知する（ステップＳ１０４）。一方、異常判定部６は、算出した変化量ΔＩ′が所定値Ｎ以上でないと判定した場合、制動解除が正常であると判定し（ステップＳ１０５）、本処理を終了する。
【００３７】
なお、上記実施形態において、制御部５は、ロボットアームの関節部の回転位置をその位置に一時的に維持する重力補償の制御を行う構成であるが、重力補償を行わない構成であってもよい。
【００３８】
異常判定部６は、制動解除期間ｔｂ後から所定時間ｔａ内におけるアクチュエータ２に対する指令電流値の変化量が所定値以上となる場合に、制動の解除の異常であると判定する。
【００３９】
図５は、制動開始期間後から所定時間内におけるアクチュエータに対する指令電流値の変化を示す図である。（１）は、引きずりが発生した制動解除の異常の場合における、制動開始期間ｔｂ後から所定時間ｔａ内におけるアクチュエータ２に対する指令電流値の変化を示す。（２）は、正常の場合（１）における指令電流値の変化を示す。図４に示す如く、制動解除の異常の場合（１）におけるアクチュエータ２の指令電流値の変化量ΔＩ′は、正常の場合（１）における指令電流値の変化量ΔＩと比較して、大きくなり、所定値Ｎを超える。
【００４０】
以上、本実施形態に係る制御装置１は、制動解除期間後から所定時間内におけるアクチュエータ２に対する指令電流値の変化量が所定値以上となる場合に、制動の解除の異常であると判定する異常判定部６を備える。これにより、コスト増加を抑えつつ、制動部３による制動解除の不良を正確に判断できる。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４２】
上記実施形態において、制御装置１はロボットの制御を行っているが、これに限定されない。制御装置１は、一定の負荷がかかり、制動部３により制動される任意の機構の制御を行っても良い。
【００４３】
本発明は、例えば、図４に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【００４４】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
【００４５】
プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  制御装置、２  アクチュエータ、３  制動部、４  エンコーダ、５  制御部、６  異常判定部、７  報知部、２１  回転部、２２  回転軸、３１  アーマチュア、３２  バネ部材、３３  電磁コイル、５１  アクチュエータ制御部、５２  制動制御部
【図１】
2020044639.tif 000003
【図２】
2020044639.tif 000004
【図３】
2020044639.tif 000005
【図４】
2020044639.tif 000006
【図５】
2020044639.tif 000007