(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータにより駆動される機械が非常停止，停電、あるいはその他の操作で前記サーボモータの励磁が解除される場合に、ブレーキ装置によって前記重力軸の落下を防止するようにしたサーボモータ制御装置において、
前記非常停止時，停電時、あるいはその他の操作を行った時に、前記機械の重力軸を前記ブレーキ装置のバックラッシ量以上の所定量だけ上昇させる指令を与え、かつ、前記ブレーキ装置によってブレーキをかけるように指令するようにしたサーボモータの制御装置。
【請求項２】
所定量だけ上昇させる指令は、前記所定量だけ上昇させるように所定速度を所定時間与える指令である請求項１に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項３】
前記重量軸が位置制御で駆動される場合においては、前記ブレーキ装置のバックラッシ量以上の量を前記所定量とし、位置制御の位置指令とする請求項１記載のサーボモータの制御装置。
【請求項４】
前記その他の操作は、前記機械が所定時間経過後移動しない場合に、ブレーキ装置を作動させてサーボモータの励磁を解除する操作を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサーボモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
工作機械、産業機械の送り軸、産業用ロボットのアーム等で、サーボモータによって駆動され、かつ非常停止状態等では、重力による落下防止のためにメカニカルなブレーキを用いる機械のサーボモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械、産業機械の送り軸、産業用ロボットのアーム等の軸（可動体）をサーボモータで駆動制御する機械においては、サーボモータによってその位置が制御され、指令位置を保持する機構となっている。サーボモータの制御（励磁）状態から、非常停止，停電、あるいはその他の操作によって、非制御状態（非励磁状態）となった場合、この制御軸に外力が加わっているとその軸は移動することになる。特に、重力が作用する軸（以下重力軸という）については，常に重力が作用しており、この重力軸を制御するサーボモータの励磁が解かれ非制御状態となると、当該重力軸は落下することになる。
【０００３】
そこで、従来は、非常停止が指令された場合、まず、重力軸を制御するサーボモータへの速度指令を「０」として重力軸がなるべく速く停止する制御を行う。次に、メカニカルなブレーキをかける指令をブレーキ装置に出力し、メカニカルなブレーキが動作するのに十分な時間（通常１００〜２００ｍｓ程度）をとった後、この重力軸のサーボモータの励磁を切り、非常停止状態とするシーケンス制御が用いられ、非常停止時の重力軸の落下を防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
メカニカルなブレーキ装置を作動させ、重力軸をブレーキでロックした状態でサーボモータの励磁を切ると、それまではサーボモータが出力していたトルクによって、重力軸は支えられていたにもかかわらず、このサーボモータの出力トルクかなくなることから、重力軸に加わる重力による力が全てブレーキ装置に加わることになる。ブレーキ装置の作動により重力軸の可動部と接するブレーキ装置の接触部は重力軸と一体的なものとなり、重力による力がこの接触部に加わる。その結果ブレーキ装置の基部と接触部間のねじれ等のバックラッシにより、このバックラッシ分重力軸は落下することになる。このブレーキ装置のバックラッシによる重力軸の落下は従来技術では防止することができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、このブレーキ装置のバックラッシに起因する重力軸の落下を防止するサーボモータの制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
サーボモータにより駆動される機械が非常停止，停電、あるいはその他の操作で前記サーボモータの励磁が解除される場合に、ブレーキ装置によって前記重力軸の落下を防止するようにしたサーボモータ制御装置において、本発明は、非常停止時，停電時、あるいはその他の操作を行った時に、前記機械の重力軸を前記ブレーキ装置のバックラッシ量以上の所定量だけ上昇させる指令を与え、かつ、前記ブレーキ装置によってブレーキをかけるように指令するようにした。これによりブレーキ装置のバックラッシにより重力軸が落下しても非常停止時の位置を越えてまで落下しないようにした。重力軸を所定速度で所定時間だけ上昇させることで前記所定量の上昇を行うようにした。また、重量軸が位置制御で駆動される場合においては、前記ブレーキ装置のバックラッシ量以上の量を前記所定量とし、位置制御の位置指令として与えるようにした。また、前記その他の操作は、前記機械が所定時間経過後移動しない場合に、ブレーキ装置を作動させてサーボモータの励磁を解除する操作を含むもので、このような場合にも、重力軸を上昇させた後にブレーキをかけサーボモータの励磁を解くようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の重力軸の落下を防止するサーボモータ制御装置によるサーボ制御の要部ブロック図である。この実施形態で示す例は、サーボモータを位置・速度ループ制御する例を示している。通常の状態においてはスイッチＳＷ１は閉じられ、スイッチＳＷ２は開いた状態にある。エラーカウンタ１には、数値制御装置やロボット制御装置等のサーボモータ制御装置の移動指令作成部で作成された移動指令ＭＣＭＤと位置速度検出器６からの位置フィードバック移動量ＰＦＢとの差、すなわち位置偏差が求められ、該位置偏差にポジションゲインの項２でポジションゲインが乗じられて速度指令が求められ、速度・電流制御部３へ入力される。速度・電流制御部３では、この速度指令と位置速度検出器６からの速度フィードバック信号に基づいて速度ループ制御がなされ、トルク指令（電流指令）が求められる。さらに、このトルク指令と電流検出器（図示せず）からの電流フィードバック信号に基づいて電流ループ制御がなされ。アンプ４を介してサーボモータ５を駆動制御する。なお、位置速度検出器６はサーボモータ５に取りつけれ該モータの回転位置、速度を検出する。上述したサーボモータの位置、速度、さらには電流のループ制御はプロセッサで実行されており、従来のサーボモータの位置、速度、電流のループ制御と同一の構成である。
【０００８】
従来のサーボ制御と異なる点は、符号７で示される所定量（オフセット量）の引き上げ指令と、スイッチＳＷ２を設けている点である。そして、本発明においては、非常停止，停電、あるいはその他の操作で，前記サーボモータの励磁が解除される場合、従来と同じように重力軸に対して設けられているメカニカルなブレーキ装置に対してブレーキ作動指令を出力する点は同じであるが、本発明においては、図１におけるスイッチＳＷ１をＯＦＦとして、動作プログラム等に基づいて移動指令作成部で作成される移動指令を「０」とするとともに、スイッチＳＷをＯＮとして、所定量（オフセット量）の引き上げ指令をエラーカウンタに出力する。これによって、サーボモータ５は重力軸を引き上げる方向に駆動し引き上げることになる。その後、この重力軸を駆動制御するサーボモータの励磁を解くように制御する。
【０００９】
図２は、この非常停止信号が入力されたとき本発明の制御装置の動作タイミング図である。
時間ｔ０で非常停止指令が入力されると、非常停止信号はＬレベルとなる（図２（ａ）参照）。この非常停止信号の入力により、重力軸に対して上向きの移動指令（オフセット量）が出力され（図２（ｂ）参照）（図１におけるスイッチＳＷ２がＯＮで引き上げ指令が出力されることを意味する）。同時にブレーキ装置へブレーキ作動開始指令が出力される（ｔ１）。しかし、ブレーキ装置は直ちにブレーキが動作して重力軸をロックすることができず時間遅れが生じる。図２（ｃ）で破線で示している区間は、ブレーキ装置が完全に作用して重力軸をロックするまでに要する時間を意味する。
【００１０】
一方、機械の重力軸は、上向きの移動指令が出力されることから上昇し、所定上昇位置に保持されることになり（図２（ｅ）参照）、その位置でブレーキ装置のブレーキがかかる（ｔ２参照）。また非常停止指令が出力されてから、ブレーキ装置が作動するのに十分な時間（通常１００〜２００ｍｓ程度）遅れて、図２（ｄ）に示すように時間ｔ２でサーボモータ６の励磁を解く。このとき、サーボモータ６の出力トルクでその位置を保持されていた重力軸は、サーボモータの出力トルクが「０」となるから、重力軸に加わる重力による付加は全てブレーキ装置に加わることになり、ブレーキ装置のバックラッシにより、重力軸は、図２（ｅ）に示すように落下する。しかし、非常停止信号が入力された時点で重力軸は所定量上昇させられているから、このブレーキ装置のバックラッシによる落下は、この所定量の上昇によって吸収され、重力軸と他のものとの衝突、干渉等を防止できる。
【００１１】
なお、図２に示した例では、非常停止指令が入力されると、重力軸に対して上向きの移動指令（オフセット量）を出力すると同時にブレーキ装置へブレーキ作動開始指令を出力しているが、ブレーキ装置へのブレーキ作動開始指令を重力軸に対して上向きの移動指令より遅れて指令してもよい。
【００１２】
図３は、サーボ制御装置のサーボ制御部のプロセッサが、所定周期毎に実行処理する上述した制御動作の処理をも含む位置ループ処理のフローチャートである。
サーボ制御部のプロセッサは、制御装置の上位のプロセッサ等から送られてくる指令移動量ＭＣＭＤを読み取ると共に、位置・速度検出器６からの位置フィードバック信号ＰＦＢを読み取り（ステップＡ１，Ａ２）、非常停止指令フラグＦ１がセットされ「１」か否か判断する（ステップＡ３）。なお、この非常停止指令フラグＦ１、及び後述する非常停止用オフセットセット完了フラグＦ２はこの制御装置への電源投入時に「０」にリセットされている。
【００１３】
非常停止指令が入力されていなければ、非常停止指令フラグＦ１は「０」であるので、ステップＡ３からステップＡ９に移行し、エラーカウンタＥＲＣＮＴにステップＡ１で読み取った指令移動量ＭＣＭＤから、ステップＡ２で読み取った位置フィードバック移動量ＰＦＢを減算した値を加算して新たな位置偏差を求める。そして、この位置偏差にポジションゲインをかけて速度指令を求め（ステップＡ８）、この速度指令を速度ループ処理に引渡してこの位置ループの処理を終了する。
【００１４】
非常停止指令フラグＦ１が「０」で非常停止指令が入力されていない限り、サーボ制御部のプロセッサは上述したステップＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ９，Ａ８の処理を繰り返し実行し位置ループ処理を行う。
【００１５】
一方、非常停止指令が入力され非常停止指令フラグＦ１が「１」にセットされていることがステップＡ３で判別されると、非常停止用オフセットセット完了フラグＦ２が「１」か否か判断する（ステップＡ４）。最初はこのフラグＦ２は「０」であり、ステップＡ４からステップＡ５に進み、エラーカウンタＥＲＣＮＴからステップＡ２で読み取った位置フィードバック移動量ＰＦＢを減算し、かつ予め設定されている所定量の引き上げ量であるオフセット量ＯＦＦＳＥＴを加算し、新たな位置偏差を求める。結局、このステップＡ５の処理は、オフセット量ＯＦＦＳＥＴだけの引き上げ指令を与えたものに等しい。なお、重力軸を引き上げる方向をプラス方向としている。
【００１６】
次に、非常停止用オフセットセット完了フラグＦ２を「１」にセットし（ステップＡ６）、非常停止遅延カウンタＣＮＴに設定値をセットし（ステップＡ７）、エラーカウンタＥＲＣＮＴに記憶する位置偏差にポジションゲインを乗じて速度指令を求め、速度ループ処理に引き渡す。
【００１７】
次からの周期では、フラグＦ１、Ｆ２が共に「１」にセットされているから、ステップＡ４からステップＡ１０に進み、エラーカウンタＥＲＣＮＴから位置フィードバック量ＰＦＢを減じて位置偏差を求め、この位置偏差にポジションゲインを乗じて速度指令を求めて（ステップＡ８）、速度ループ処理に引き渡す。
【００１８】
すなわち、非常停止指令により非常停止指令フラグＦ１が「１」にセットされた１周期の処理だけ、引き上げ量のオフセット量ＯＦＦＳＥＴが移動指令として与えられ、その後の周期からは、移動指令としては何ら与えられない。このように、非常停止時には、オフセット量ＯＦＦＳＥＴの重力軸の引き上げ指令が与えられるから、重力軸を駆動するサーボモータ５は、このオフセット量ＯＦＦＳＥＴだけ重力軸を引き上げ、その位置を保持するように位置制御する。
【００１９】
一方、サーボモータの励磁制御においては、図４に示す処理を所定周期毎実行し、まず、非常停止指令フラグＦ１が「１」にセットさているか否か判断し（ステップＢ１）、「１」にセットされていなければ、励磁した状態を保持すべく、何ら処理することなくこの処理を終了する。
【００２０】
しかし、非常停止指令が入力され非常停止指令フラグＦ１が「１」にセットされていることがステップＢ１で検出されると、非常停止遅延カウンタＣＮＴが「０」か判断し（ステップＢ２）、「０」でなければ該非常停止遅延カウンタＣＮＴから「１」減算して当該周期の処理を終了する。以後、非常停止遅延カウンタＣＮＴが「０」になるまで、ステップＢ１，Ｂ２，Ｂ３の処理を各周期毎実行する。そして、非常停止遅延カウンタＣＮＴが「０」になったことがステップＢ２で検出されるとステップＢ４に移行し、サーボモータへの励磁をＯＦＦする指令を出力し当該処理を終了する。その結果、サーボモータ６の励磁は解かれることになる。
【００２１】
すなわち、サーボモータ６は、非常停止指令が入力されてから所定時間（非常停止遅延カウンタＣＮＴにセットされる値に比例する時間）遅れて励磁が解かれるものである。
【００２２】
重力軸を駆動制御するサーボモータの励磁が解かれ、重力軸に作用するサーボモータのトルクが「０」となっても、すでに、ブレーキ装置が動作し、重力軸にブレーキをかけロックしているから、重力軸に作用する負荷は全てブレーキ装置に加わる。このとき、ブレーキ装置のバックラッシによって、重力軸は落下するが、上述したように、サーボモータの出力トルクが「０」となる前に、重力軸はオフセット量だけ引き上げられているから、重力軸がバックラッシ等により落下しても、この引き上げたオフセット量内の落下となり、他のものとの衝突や干渉等の落下による弊害を防止することができる。
【００２３】
また、重力軸を引き上げるオフセット量は、ブレーキ装置のバックラッシ量よりも少し大きい量にした方が良い。少なくともバックラッシ分よりオフセット量を小さくしないようにする。その理由は、非常停止指令が入力されたとき、ブレーキ装置にはブレーキ作動開始指令が出されており、かつ、オフセット量の引き上げ指令が共に出力されるものである。よってこのオフセット量の引き上げ指令による重力軸の上昇が完了した後にブレーキが完全に作動するとすれば、重力軸の落下は、ブレーキ装置のバックラッシ分程度であり安全である。また、重力軸が上昇している途中でブレーキ装置のブレーキが完全に作動したときには、ブレーキ装置は逆方向にねじれ、バックラッシすることになり、サーボモータの励磁が解かれた際には、このねじれ解放分、バックラッシ分が加わって重力軸は落下することになるためである。そのため、ブレーキ装置のバックラッシ分よりも少し大きめのオフセット量として設定すると良い。
【００２４】
上述した実施形態では、非常停止指令が入力されたとき、非常停止指令フラグＦ１を「１」にセットするようにした例を述べたが、停電を検出したときにも、この非常停止指令フラグＦ１を「１」にセットするようにして、停電時も上述した重力軸を所定量引き上げる処理を行わせる。
【００２５】
数値制御装置やロボット制御装置等のサーボモータ制御装置は停電時にも数百ｍｓ間は動作制御できるコンデンサ等の電源を内蔵している。また、サーボアンプ４もコンデンサに貯えられた電気エネルギーによって重力軸を数百μｍ持ち上げるだけのエネルギーを供給できる。そのため、上述した処理により重力軸を引き上げるに要する時間は、１００〜２００ｍｓであるから、停電時においても、上述した非常停止時に行う重力軸をオフセット量だけ引き上げる処理を行うことができる。
【００２６】
またロボット制御装置などのサーボモータ制御装置においては、運転中に一定時間以上動作しない場合、省エネのために重力軸にブレーキをかけて固定し、サーボモータの励磁を解く制御が行われている。この場合も、本発明は適用できるものであり、運転中に一定時間以上動作しない場合、非常停止指令フラグＦ１を「１」にセットして、上述した図３、図４に示す処理を行わせれば良い。
【００２７】
このように、重力軸を駆動するサーボモータの制御装置において、動作途中において、一時その動作を停止しブレーキをかけて機械のその位置を保持し、サーボモータの励磁を解くようなその他の操作場合にも、本発明は適用できるものである。
【００２８】
図５、図６は本発明の効果を実証するために、従来の方法と本発明による方法を実施してサーボモータの位置速度検出器６からのデータにより重力軸の落下量を測定したものであり、図５は従来の方法のによるもの、図６は、本発明を適用したものである。
図５、図６において、ｔ０は非常停止点、ｔ３は励磁ＯＦＦの点、Ｐ１は非常停止前の位置、Ｐ２は非常停止後の位置である。また横軸は時間軸で１区分５０ｍｓ、縦軸の１区分は３０μｍである。
【００２９】
この図５からわかるようにサーボモータの励磁が解かれた時ｔ３には、重力軸はこの例で、約４０μｍ落下している。一方本発明を適用した図６では、非常停止点ｔ０から重力軸は上昇し、サーボモータの励磁が解かれた時ｔ３には、ほぼ非常停止時の位置Ｐ１に復帰している。
【００３０】
以上のように、本発明のサーボモータ制御装置では、非常停止時（停電時、その他、動作途中でサーボモータの励磁が解除される場合）には、重力軸が瞬間的に設定されたオフセット量以下だけ上昇するが、その後は、非常停止の直前の位置に復帰し、落下を防止することができる。
【００３１】
また上記実施形態では、位置・速度ループを有するサーボ制御に関するものであり、重力軸の引き上げのオフセット量を位置の指令として与える例を示したが、位置の指令ではなく速度指令として与え、速度ループ処理で行うようにしてもよい。この場合には、サーボ制御に位置ループを有しないものでも可能となる。
【００３２】
この実施形態においては、速度ループ処理では、非常停止指令等で非常停止フラグＦ１が「１」にセットされているか否か各速度ループ処理周期毎判断する。該非常停止フラグＦ１が「１」にセットされていなければ、従来と同じ用に、位置ループからの速度指令、若しくは、上位コンピュータ等から送られてくる速度指令と速度フィードバック信号に基づいて速度ループ制御処理を行いトルク指令を求め電流ループへ出力する。
【００３３】
一方、非常停止指令等で非常停止フラグＦ１が「１」にセットされたことが検出された場合には、位置ループまたは上位コンピュータからの通常の速度指令を停止し、重力軸を上方に駆動する予め設定された所定速度を設定された所定時間だけ速度指令として速度ループに与える。すなわち、予め設定されている所定速度と所定時間によって、重力軸を所定量だけ上昇させる指令を与えることになる。この所定量（所定速度×所定時間）は、重力軸にブレーキをかけてサーボモータの励磁を解いたとき重力軸が落下する程度よりわずか大きい量に設定しておく。
【００３４】
この重力軸を駆動するサーボモータに対する所定速度で所定時間だけ上昇指令がなされると、重力軸は上昇し、非常停止指令と共に出力されたブレーキ装置へのブレーキ作動指令によって、ブレーキがかけられ、その後サーボモータの励磁が解かれた時に、重力軸が落下しても、その落下は、ブレーキがかかる前に上昇させた分以下に対応するものであり、重力軸の落下によってワーク等の他のものとの衝突や干渉を防止することができるものである。
【００３５】
【発明の効果】
非常停止等で重力軸のサーボモータの励磁が解かれても、重力軸は、非常停止直前の位置以上を保持させることができるので、重力軸の先端がその落下によりワーク等の他の物と衝突したり、干渉することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の重力軸の落下を防止するサーボモータ制御装置の一実施形態似おけるサーボ制御の要部ブロック図である。
【図２】同実施形態における非常停止信号が入力されたときの動作タイミング図である。
【図３】同実施形態における位置ループ処理周期毎に行われるのフローチャートである。
【図４】同実施形態における非常停止時等のサーボモータ励磁ＯＦＦの処理フローチャートである。
【図５】従来の非常停止時の制御による重力軸の位置の計測値を示す図である。
【図６】本発明による非常停止時の制御による重力軸の位置の計測値を示す図である。
【符号の説明】
１（ＥＲＣＮＴ）  エラーカウンタ
ＭＣＭＤ  移動指令
ＰＦＢ  位置のフィードバック移動量
ＯＦＦＳＥＴ  オフセット量
ＣＮＴ  非常停止遅延カウンタ
Ｆ１  非常停止フラグ
Ｆ２  非常停止用オフセット指令完了フラグ
【図１】
0003616759.tif 000002
【図２】
0003616759.tif 000003
【図３】
0003616759.tif 000004
【図４】
0003616759.tif 000005
【図５】
0003616759.tif 000006
【図６】
0003616759.tif 000007