(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換する一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、次の（１）〜（６）の各ステップから構成されることを特徴とするコンバータ過負荷保護方法。
（１）前記コンバータの定格出力Ｐｃを予め格納しているメモリから該コンバータの定格出力Ｐｃを求めるステップＳ１と、
（２）多軸の動作１周期間Ｔの出力平均Ｐｖａｇを［式３］に基づいて計算し、求めた出力平均Ｐｖａｇを基に該出力平均Ｐｖａｇに対する損失の関数を格納してあるメモリからサーボアンプ損失ＰＬを求める第２ステップと、
Ｐｖａｇ＝（１／Ｔ）∫0t Ｐｔ ｄｔ ・・・［式３］
Ｐｖａｇ：多軸の動作１周期間Ｔの出力平均
Ｔ：多軸の動作１周期間
Ｐｔ：全軸の合計出力（Ｐｔ＝ΣＰｉ）
Ｐｉ：１軸の出力（Ｐｉ＝Ｔｉ×Ｎｉ）
Ｔｉ：トルク指令
Ｎｉ：速度検出信号
（３）前記出力平均Ｐｖａｇと前記サーボアンプ損失ＰＬの和を前記コンバータの定格出力Ｐｃと比較する第３ステップと、
（４）第３ステップでの比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＮｏの場合、運転の継続をして第２ステップへ戻る第４ステップと、
（５）第３ステップでの比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＹｅｓの場合、サーボアンプの出力を停止する第５ステップと、
（６）第５ステップの後にコンバータ過負荷アラームを出力する第６ステップ。
【請求項２】
交流を直流に変換する一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、次の（１）〜（７）の各ステップから構成されることを特徴とするコンバータ過負荷保護方法。
（１）前記コンバータの定格出力Ｐｃを予め格納しているメモリから該コンバータの定格出力Ｐｃを求めるステップＳ１と、
（２）多軸の動作１周期間Ｔの出力平均Ｐｖａｇを［式３］に基づいて計算し、求めた出力平均Ｐｖａｇを基に該出力平均Ｐｖａｇに対する損失の関数を格納してあるメモリからサーボアンプ損失ＰＬを求める第２ステップと、
Ｐｖａｇ＝（１／Ｔ）∫0t Ｐｔ ｄｔ ・・・［式３］
Ｐｖａｇ：多軸の動作１周期間Ｔの出力平均
Ｔ：多軸の動作１周期間
Ｐｔ：全軸の合計出力（Ｐｔ＝ΣＰｉ）
Ｐｉ：１軸の出力（Ｐｉ＝Ｔｉ×Ｎｉ）
Ｔｉ：トルク指令
Ｎｉ：速度検出信号
（３）前記出力平均Ｐｖａｇと前記サーボアンプ損失ＰＬの和を前記コンバータの定格出力Ｐｃと比較する第３ステップと、
（４）第３ステップでの比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＮｏの場合、運転の継続をして第２ステップへ戻る第４ステップと、
（５）第３ステップでの比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＹｅｓの場合、所定の軸の動作速度を所定量下げることができるかを調べる第５ステップと、
（６）第５ステップの結果、Ｙｅｓの場合、当該軸の動作速度を所定量下げて第２ステップへ戻る第６ステップと、
（７）第５ステップの結果、Ｎｏの場合、別の軸の動作速度を所定量下げて第２ステップへ戻る第７ステップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共通コンバータ方式の多軸モータドライブシステムの過負荷保護方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業界においては、溶接ロボットおよび組立ロボット等の産業用ロボットが広く用いられているが、これらの産業用ロボットではマニピュレータの軸の駆動等に、応答性が高く、且つ位置決め精度が高いサーボモータが広汎に用いられている。これらの複数のサーボモータを制御するために、サーボモータを制御するサーボアンプが使用されている。
図１は本発明が対象とする多軸モータドライブシステムを示すブロック図である。図１において、この多軸モータドライブシステムは交流電源を直流に変換するコンバータ１と、サーボモータ３ａ〜３ｃと、直流を交流に変換して位置指令に基づきこのサーボモータ３ａ〜３ｃを駆動・制御するサーボアンプ２ａ〜２ｃと、サーボモータ３ａ〜３ｃの回転量を検出する位置センサ４ａ〜４ｃとで構成される。
従来の多軸モータドライブシステムにおいては、各軸のサーボアンプのトルク指令値からサーボアンプとモータの過負荷を保護するのみで、コンバータの過負荷保護は行われていなかった。その理由は、従来のコンバータが多軸サーボアンプの定格出力に対応するように十分マージンを持って設計されていたからである。
そして通常、ロボットなどの多軸システムにおいては、全軸が同時に１００％負荷で動作することはないので、このような場合、各軸サーボアンプの定格出力の合計出力と等価なコンバータを設計することはコスト、サイズの上から不利である。このようなときは多軸の平均出力と等価なコンバータを設計すればコスト、サイズ低減の効果が大きい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような多軸の平均出力と等価なコンバータを用いた多軸システムの場合、ユーザが誤って、各軸サーボアンプの過負荷レベルには到達しない領域で、多軸トータルではコンバータの定格出力以上の負荷で動作させたときには、コンバータに使用している電解コンデンサ等の寿命が低下するという問題があった。
そこで本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ユーザが誤って多軸システムを過負荷レベル以上で使用しても、コンバータを故障させないようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、請求項１記載の発明は、コンバータ過負荷保護方法に係り、交流を直流に変換する一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、次の（１）〜（６）の各ステップから構成されることを特徴としている。
（１）前記コンバータの定格出力Ｐｃを予め格納しているメモリから該コンバータの定格出力Ｐｃを求めるステップＳ１と、
（２）多軸の動作１周期間Ｔの出力平均Ｐｖａｇを［式３］に基づいて計算し、求めた出力平均Ｐｖａｇを基に該出力平均Ｐｖａｇに対する損失の関数を格納してあるメモリからサーボアンプ損失ＰＬを求める第２ステップと、
Ｐｖａｇ＝（１／Ｔ）∫0t Ｐｔ ｄｔ ・・・［式３］
Ｐｖａｇ：多軸の動作１周期間Ｔの出力平均
Ｔ：多軸の動作１周期間
Ｐｔ：全軸の合計出力（Ｐｔ＝ΣＰｉ）
Ｐｉ：１軸の出力（Ｐｉ＝Ｔｉ×Ｎｉ）
Ｔｉ：トルク指令
Ｎｉ：速度検出信号
（３）前記出力平均Ｐｖａｇと前記サーボアンプ損失ＰＬの和を前記コンバータの定格出力Ｐｃと比較する第３ステップと、
（４）第３ステップでの比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＮｏの場合、運転の継続をして第２ステップへ戻る第４ステップと、
（５）第３ステップでの比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＹｅｓの場合、サーボアンプの出力を停止する第５ステップと、
（６）第５ステップの後にコンバータ過負荷アラームを出力する第６ステップ。
請求項２記載の発明は、コンバータ過負荷保護方法に係り、交流を直流に変換する一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、次の（１）〜（７）の各ステップから構成されることを特徴としている。
（１）前記コンバータの定格出力Ｐｃを予め格納しているメモリから該コンバータの定格出力Ｐｃを求めるステップＳ１と、
（２）多軸の動作１周期間Ｔの出力平均Ｐｖａｇを［式３］に基づいて計算し、求めた出力平均Ｐｖａｇを基に該出力平均Ｐｖａｇに対する損失の関数を格納してあるメモリからサーボアンプ損失ＰＬを求める第２ステップと、
Ｐｖａｇ＝（１／Ｔ）∫0t Ｐｔ ｄｔ ・・・［式３］
Ｐｖａｇ：多軸の動作１周期間Ｔの出力平均
Ｔ：多軸の動作１周期間
Ｐｔ：全軸の合計出力（Ｐｔ＝ΣＰｉ）
Ｐｉ：１軸の出力（Ｐｉ＝Ｔｉ×Ｎｉ）
Ｔｉ：トルク指令
Ｎｉ：速度検出信号
（３）前記出力平均Ｐｖａｇと前記サーボアンプ損失ＰＬの和を前記コンバータの定格出力Ｐｃと比較する第３ステップと、
（４）第３ステップでの比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＮｏの場合、運転の継続をして第２ステップへ戻る第４ステップと、
（５）第３ステップでの比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＹｅｓの場合、所定の軸の動作速度を所定量下げることができるかを調べる第５ステップと、
（６）第５ステップの結果、Ｙｅｓの場合、当該軸の動作速度を所定量下げて第２ステップへ戻る第６ステップと、
（７）第５ステップの結果、Ｎｏの場合、別の軸の動作速度を所定量下げて第２ステップへ戻る第７ステップ。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図１〜図３を用いて具体的に説明する。図１は前述のように多軸モータ（図では３軸）ドライブシステムのブロック図である。図１において、この多軸モータドライブシステムは交流電源を直流に変換するコンバータ１と、サーボモータ３ａ〜３ｃと、直流を交流に変換して位置指令に基づきこのサーボモータ３ａ〜３ｃを駆動・制御するサーボアンプ２ａ〜２ｃと、サーボモータ３ａ〜３ｃの回転量を検出する位置センサ４ａ〜４ｃとで構成される。以上のような多軸モータドライブシステムにおいて、本発明によれば図示のように、各サーボアンプ２ａ〜２ｃから出力Ｐｉａ〜Ｐｉｃを引き出すことが特徴である。これについて図２を用いて詳しく説明する。
【０００６】
図２は各軸の出力の計算を示すブロック図である。
同図において、２１は位置指令と位置センサ３ｂの出力との差を増幅する位置アンプ、２２は位置アンプの出力と速度演算部２６の出力との差を増幅する速度アンプ、２３は速度アンプ２２の出力と電流センサＣＴとからインバータ２４のスイッチング素子のオン・オフのタイミングを制御するスイッチング素子制御部、２４は直流を高周波交流に変換するインバータ部、ＣＴはサーボモータ３ａに通電される電流値を検出する電流センサ、２５ａは速度演算部２６の出力と速度アンプ２２の出力とから出力Ｐｉａを演算する出力Ｐｉ演算部である。２６は位置センサ３ｂの出力から速度を演算する速度演算部である。そして、出力Ｐｉ演算部２５ａでは式１に基づいて軸ａのトルク指令Ｔｉと速度検出信号Ｎｉの積を求める。
Ｐｉ＝Ｔｉ×Ｎｉ    ［Ｗ］         ・・・［式１］
Ｐｉ：出力
Ｔｉ：トルク指令
Ｎｉ：速度検出信号
以上は、サーボモータ３ａをドライブするサーボアンプ２ａについての説明であるが、同じく、サーボモータ３ｂをドライブするサーボアンプ２ｂについてもそしてサーボモータ３ｃをドライブするサーボアンプ２ｃについて同様で、各サーボアンプからそれぞれ出力Ｐｉｂ、出力Ｐｉｃを出力する。
３１は多軸出力演算部で、式２に基づいて出力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃの和を求める回路である。
Ｐｔ＝ΣＰｉ                       ・・・［式２］
Ｐｔ：全軸の合計出力
３２は式３に基づいて多軸平均出力を演算する多軸平均出力演算部である。
Ｐｖａｇ＝（１／Ｔ）∫0t Ｐｔ  ｄｔ  ・・・［式３］
Ｐｖａｇ：多軸の動作１周期間Ｔの出力平均
３３は式４に基づいて過負荷判定をする過負荷判定部である。
Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞Ｐｃ          ・・・［式４］
Ｐｖａｇ：多軸サーボアンプの平均出力
ＰＬ：サーボアンプ損失
Ｐｃ：コンバータの定格出力
サーボアンプの損失ＰＬは平均出力Ｐｖａｇに対する損失の関数をメモリに格納しておくことで求めることができる。
【０００７】
次に、本発明の第１の実施の形態である図３に基づいて本発明のコンバータの過負荷保護方法について説明する。
▲１▼  ステップＳ１で、コンバータの定格出力Ｐｃを予め格納されているメモリから求める。
▲２▼  ステップＳ２で、多軸の動作１周期間Ｔの出力平均Ｐｖａｇを［式３］に基づいて計算し、求めたＰｖａｇを基にメモリからＰＬを求める。
▲３▼  ステップＳ３で、多軸サーボアンプの平均出力Ｐｖａｇとサーボアンプ損失ＰＬの和を、コンバータの定格出力Ｐｃと比較する。
▲４▼  比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＮｏの場合、ステップＳ４へ行き、監視の継続をする。
▲５▼  比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＹｅｓの場合、ステップＳ５へ行き、サーボアンプの出力を停止する。
▲６▼  そして、ステップＳ６でコンバータ過負荷アラームを出力する。
以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、各軸のトルク指令とモータの回転速度検出信号の積から出力を計算し、各軸の出力の和をとって多軸システムの出力を計算し、多軸システムの動作１周期における多軸システムの出力平均値が、コンバータの定格出力を超えた場合、各軸の動作を停止するようにしたので、ユーザが誤って多軸システムを過負荷レベル以上で使用しても、コンバータを故障させないこととなる。
【０００８】
多軸の合計出力がコンバータの定格を超えても、動作を停止させず継続させたい場合がある。このときは、上記▲５▼においてサーボアンプの出力を停止するのではなく、コンバータ出力が定格内になるようにモータの回転速度を低減し、継続動作させ、コンバータ過負荷ワーニングを出力するのがよい。
図４は本発明の第２の実施の形態を示すフローチャートである。
▲１▼  ステップＳ１１で、コンバータの定格出力Ｐｃを予め格納されているメモリから求める。
▲２▼  ステップＳ１２で、多軸の動作１周期間Ｔの出力平均Ｐｖａｇを［式３］に基づいて計算し、求めたＰｖａｇを基にメモリからＰＬを求める。
▲３▼  ステップＳ１３で、多軸サーボアンプの平均出力Ｐｖａｇとサーボアンプ損失ＰＬの和を、コンバータの定格出力Ｐｃと比較する。
▲４▼  比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＮｏの場合、ステップＳ１４へ行き、監視の継続をする。
▲５▼  比較の結果、Ｐｖａｇ＋ＰＬ＞ＰｃがＹｅｓの場合、所定の軸の動作速度を所定量下げることができれば（ステップＳ１５）、その軸の動作速度を所定量下げて（ステップＳ１６）、ステップＳ１２へ戻る。
▲６▼  そして、▲５▼で軸の動作速度を所定量下げることができなければ（ステップＳ１５）、別の軸の動作速度を所定量下げて（ステップＳ１７）、ステップＳ１２へ戻る。
以上のように、本発明の第２の実施の形態によれば、一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、各軸のトルク指令とモータの回転速度検出信号の積から出力を計算し、各軸の出力の和をとって多軸システムの出力を計算し、多軸システムの動作１周期における多軸システムの出力平均値が、コンバータの定格出力を超えた場合、いずれかの軸の動作速度を低減し、多軸トータルの出力がコンバータの定格出力内になるようにするので、多軸の合計出力がコンバータの定格を超えても、動作を停止させず継続させることができる。
上記コンバータ過負荷状態になったときサーボアンプの出力を停止するか、回転速度を低減して動作を継続するかはパラメータによって選択できるようにする。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、多軸モータドライブシステムにおいて、各軸サーボアンプの定格出力の合計よりも共通コンバータの出力が小さい場合、ユーザが誤ってコンバータ過負荷状態で使用しようとしても、確実に保護ができるのでシステムの信頼性が確保できる。
このように保護機能を設けることで、各軸が１００％負荷で動作しない多軸システムにおいて、コンバータの定格を非常に小さくでき、コスト、サイズの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多軸モータドライブシステムのブロック図である。
【図２】軸出力の計算を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    コンバータ
２  サーボアンプ
３  サーボモータ
４  位置センサ
２１  位置アンプ
２２  速度アンプ
２３  スイッチング素子制御部
２４  インバータ
２５  出力Ｐｉ演算部
２６  速度演算部
３１  多軸出力演算部
３２  多軸平均出力演算部
３３  過負荷判定部
【図１】
0003694756.tif 000002
【図２】
0003694756.tif 000003
【図３】
0003694756.tif 000004
【図４】
0003694756.tif 000005