(57)【要約】【課題】ロボットでは、モータの回生エネルギを熱として放熱するためエネルギの無駄が生じており、放熱による温度上昇によりロボットの信頼性を低下させてしまう。【解決手段】ロボットの動作速度を含むプログラムやロボットに取り付けられた負荷の情報を記憶する記憶部と、ロボットを動作させるモータと、交流を直流に変換するコンバータ部と、コンバータ部の出力を交流に変換してモータに供給するインバータ部と、コンバータ部の出力を平滑するコンデンサと、コンデンサの電圧を検出する電圧検出部と、コンデンサに並列に設けられ抵抗部とスイッチング部を直列にした回生部と、スイッチング部を動作させる閾値を設定する閾値設定部と、電圧検出部の出力と閾値設定部の出力に基づいてスイッチング部を制御する制御部を備え、閾値設定部は、ロボットの動作速度と負荷の情報に基づいてロボットの動作中に閾値を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータと前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた産業用ロボットであって、
前記マニピュレータの動作速度に関する情報を含む動作プログラムや前記マニピュレータに取り付けられた負荷の情報を記憶する記憶部と、
前記マニピュレータを動作させるためのモータと、
交流電力を入力して直流電力を出力するコンバータ部と、
複数のスイッチング素子を有しており前記コンバータ部の出力を入力して交流電力を前記モータに供給するインバータ部と、
前記コンバータ部の出力を平滑するコンデンサと、
前記コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記コンデンサに対して並列に設けられており抵抗部とスイッチング部を直列接続した回生部と、
前記回生部の前記スイッチング部を動作させるための閾値を設定するための閾値設定部と、
前記電圧検出部の出力と前記閾値設定部の出力に基づいて前記回生部の前記スイッチング部の動作を制御する制御部を備え、
前記閾値設定部は、前記マニピュレータの動作速度および前記マニピュレータに取り付けられた負荷の情報に基づいて、前記マニピュレータの動作中に前記閾値を変更する産業用ロボット。
【請求項２】
閾値設定部は、電圧検出部の検出電圧からマニピュレータの動作速度を推定し、前記閾値設定部は、閾値の変更に用いる動作速度として、前記推定した動作速度を用いる請求項１記載の産業用ロボット。
【請求項３】
閾値設定部は、閾値の変更に用いる動作速度として、動作プログラムを構成する動作速度指令を用いる請求項１記載の産業用ロボット。
【請求項４】
閾値設定部は、コンデンサやスイッチング素子の耐圧電圧を超えた電圧を印加可能な許容時間内では、閾値を前記耐圧電圧よりも高い値に変更する請求項１から３のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項５】
閾値設定部は、動作速度が遅い程、閾値を低くし、前記動作速度が速い程、前記閾値を高くする請求項１から４のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項６】
マニピュレータに取り付けられた負荷の情報は、前記マニピュレータに取り付けられたツールの重さであり、閾値設定部は、前記負荷が軽い程、閾値を低くし、前記負荷が重い程、前記閾値を高くする請求項１から５のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生機能を有する産業ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来のモータ制御を伴う産業用ロボットの制御装置の主回路を示している。なお、図２では、交流電源１０１とモータ１０８を除いた部分が、制御装置の主回路である。交流電源１０１には、ダイオードブリッジ１０２および平滑コンデンサ１０３からなる整流回路が接続されている。平滑コンデンサ１０３には、パワー半導体１０４と抵抗１０５から構成される放電回路が接続されている。この放電回路には、複数のスイッチング素子１０７から構成されるインバータ部１０６が接続されている。インバータ部１０６を構成する複数のスイッチング素子１０７には、モータ１０８が接続されている。また、平滑コンデンサ１０３には、モータ駆動回路１０９の電源電圧を検出する電圧検出部１１０が接続されている。
【０００３】
産業用ロボットを運転する際、モータ１０８の加速時には電流を通電する。しかし、モータ１０８の減速時には、産業用ロボットを構成する動作中のマニピュレータが有する運動エネルギーを、モータ１０８を用いて吸収することで制動する。このため、モータ１０８の減速時には、モータ１０８が発電機として機能し、電力が発生する。このモータ１０８により発電される電力は、回生エネルギーと呼ばれる。この回生エネルギーを吸収する方法としては、図２に示すように、抵抗１０５を用いて熱に変換し、大気中に放熱することが一般的である。
【０００４】
産業用ロボットの駆動用のモータ１０８で発生した回生エネルギーは、モータ駆動回路１０９に流入し、モータ駆動回路１０９の電源電圧（両端電圧）を上昇させる。この電圧上昇値が大きくなり過ぎると、モータ駆動回路１０９が耐圧破壊を起こすことになる。このため、電圧検出部１１０によりモータ駆動回路１０９の電源電圧（両端電圧）を監視する。そして、この電源電圧が規定の閾値以上となった場合、パワー半導体１０４を駆動して放電用の抵抗１０５に電流が流れるようにし、抵抗１０５により回生エネルギーを熱に変換する。これにより、回生エネルギーが消費され、モータ駆動回路１０９の電源電圧が通常電圧に保たれる。
【０００５】
また、モータの回生エネルギ吸収手段と、回生エネルギ吸収手段の動作頻度を検出する手段を備え、回生エネルギ吸収手段の過負荷による破壊等を防ぐロボット制御装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１５５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の方法では、回生エネルギーを熱エネルギーとして大気中に放熱する。そのため、エネルギーの無駄が生じている。また、放熱による温度上昇により産業用ロボットの信頼性を低下させる要因にもなりうる。
【０００８】
また、特許文献１では、放電用抵抗の過剰動作による破壊を防ぐため、産業用ロボットの運転に制限が加えられている。
【０００９】
本発明は、このような課題を鑑みてなされており、マニピュレータの動作速度およびマニピュレータに取り付けられた負荷の情報に基づいて、マニピュレータの動作中に、回生部を構成しているスイッチング部を動作させるための閾値を常時変更する産業用ロボットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の産業用ロボットは、マニピュレータと前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた産業用ロボットであって、前記マニピュレータの動作速度に関する情報を含む動作プログラムや前記マニピュレータに取り付けられた負荷の情報を記憶する記憶部と、前記マニピュレータを動作させるためのモータと、交流電力を入力して直流電力を出力するコンバータ部と、複数のスイッチング素子を有しており前記コンバータ部の出力を入力して交流電力を前記モータに供給するインバータ部と、前記コンバータ部の出力を平滑するコンデンサと、前記コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、前記コンデンサに対して並列に設けられており抵抗部とスイッチング部を直列接続した回生部と、前記回生部の前記スイッチング部を動作させるための閾値を設定するための閾値設定部と、前記電圧検出部の出力と前記閾値設定部の出力に基づいて前記回生部の前記スイッチング部の動作を制御する制御部を備え、前記閾値設定部は、前記マニピュレータの動作速度および前記マニピュレータに取り付けられた負荷の情報に基づいて、前記マニピュレータの動作中に前記閾値を変更するものである。
【００１１】
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、閾値設定部は、電圧検出部の検出電圧からマニピュレータの動作速度を推定し、前記閾値設定部は、閾値の変更に用いる動作速度として、前記推定した動作速度を用いるものである。
【００１２】
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、閾値設定部は、閾値の変更に用いる動作速度として、動作プログラムを構成する動作速度指令を用いるものである。
【００１３】
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、閾値設定部は、コンデンサやスイッチング素子の耐圧電圧を超えた電圧を印加可能な許容時間内では、閾値を前記耐圧電圧よりも高い値に変更するものである。
【００１４】
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、閾値設定部は、動作速度が遅い程、閾値を低くし、前記動作速度が速い程、前記閾値を高くするものである。
【００１５】
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、マニピュレータに取り付けられた負荷の情報は、前記マニピュレータに取り付けられたツールの重さであり、閾値設定部は、前記負荷が軽い程、閾値を低くし、前記負荷が重い程、前記閾値を高くするものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、マニピュレータの減速動作時に発生する回生エネルギーを熱エネルギーとして放出する無駄を低減させる産業用ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における産業用ロボットの概略構成を示す図
【図２】従来の産業用ロボットの概略構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態１における産業用ロボットの概略構成を示す図である。
【００１９】
図１において、産業用ロボットは、マニピュレータ１と、マニピュレータ１の動作を制御する制御装置２を備えている。
【００２０】
マニピュレータ１は、例えば６軸の垂直多関節ロボットであり、内部にモータ３を備えている。また、マニピュレータ１には、負荷として、図示しない例えば溶接用のトーチあるいは塗装用のガン等のツールが取り付けられる。そして、制御装置２に記憶された教示プログラムに基づいて、制御装置２によりマニピュレータ１の動作が制御される。
【００２１】
制御装置２は、記憶部４と、コンバータ部５と、インバータ部６と、コンデンサ７と、電圧検出部８と、回生部９と、閾値設定部１０と、制御部１１を備えている。なお、制御装置２には、マニピュレータ１の動作の制御等を行うために他の構成要素等も必要であるが、図１では省略している。
【００２２】
記憶部４は、マニピュレータ１の動作速度に関する情報等を含む動作プログラムや、マニピュレータ１に取り付けられた負荷の情報等を記憶するものである。なお、負荷の情報とは、例えば、マニピュレータ１に取り付けられた溶接用のツールの重さである。コンバータ部５は、交流電源１２の交流電力を入力して直流電力を出力する。インバータ部６は、複数のスイッチング素子１３から構成されている。スイッチング素子１３は、マニピュレータ１を構成するモータ３に接続されている。インバータ部６は、コンバータ部５が出力した直流電力を入力して交流電力に変換し、モータ３に供給する。コンデンサ７は、コンバータ部５の出力を平滑する。電圧検出部８は、コンデンサ７の両端電圧を検出する。回生部９は、コンデンサ７に対して並列に設けられており、抵抗部１４とスイッチング部１５を直列接続して構成されている。閾値設定部１０は、回生部９のスイッチング部１５を動作させるための閾値を設定する。制御部１１は、電圧検出部８の出力と、閾値設定部１０の出力に基づいて、スイッチング部１５の動作を制御する。
【００２３】
以上のように構成された産業用ロボットについて、その動作を説明する。閾値設定部１０は、マニピュレータ１の動作速度に関する情報を含む動作プログラムやマニピュレータ１に取り付けられた負荷の情報を記憶する記憶部４からの情報と、コンデンサ７の両端電圧を検出する電圧検出部８の電圧情報に基づいて、スイッチング部１５を動作させるための閾値の設定を行う。なお、閾値設定部１０は、電圧検出部８の電圧情報に基づいてマニピュレータ１の動作速度を推定し、この推定した動作速度に基づいて、閾値の設定を行う。そして、閾値設定部１０には、動作速度の情報と、負荷の情報と、閾値との関係が、例えば表や数式等として記憶されている。このように、閾値設定部１０は、電圧検出部８の検出電圧から推定した動作速度と、記憶部４に記憶されている負荷の情報とに基づいて、閾値を決定するものであり、従って、マニピュレータ１の動作中に電圧検出部８の検出電圧が変化すると、閾値も変更される。すなわち、マニピュレータ１の動作中に閾値が変更される。
【００２４】
なお、上記では、閾値を決定するための動作速度の情報として、電圧検出部８の検出電圧から推定した動作速度を用いる例を示した。しかし、教示プログラムを構成する動作速度指令を、閾値を決定するための動作速度の情報として用いるようにしても良い。そして、マニピュレータ１の動作中に、教示プログラムを構成する動作速度指令が変わると、閾値も変更されることとなる。
【００２５】
制御部１１は、電圧検出部８により検出された検出電圧と、閾値設定部１０で決定された閾値に基づいて、スイッチング部１５の制御を行う。制御部１１は、電圧検出部８の検出電圧が、閾値設定部１０で設定された閾値電圧以上である場合には、スイッチング部１５をオンして導通状態とし、抵抗部１４に電流が流れるようにする。一方、制御部１１は、電圧検出部８の検出電圧が、閾値設定部１０で設定された閾値電圧よりも低い場合には、スイッチング部１５をオフして非導通状態とする。
【００２６】
以上により、モータ３による回生エネルギーを抵抗部１４により熱エネルギーとして消費するとともに、コンデンサ７やスイッチング素子１３の保護を行う。
【００２７】
なお、閾値設定部１０は、負荷が軽い程、閾値を低くし、負荷が重い程、閾値を高くする。また、閾値設定部１０は、マニピュレータ１の動作速度が遅い程、閾値を低くし、動作速度が速い程、閾値を高くするものである。
【００２８】
また、閾値設定部１０は、コンデンサ７やスイッチング素子１３の耐圧電圧を超えた電圧を印加可能な許容時間内では、決定した閾値が前記耐圧電圧よりも高い場合でも、閾値を前記耐圧電圧よりも高い値に変更する。このようにすることで、スイッチング部１５のオン時間を削減することができ、抵抗部１４に電流が流れる時間を削減することができる。このように、抵抗部１４に電流が流れる時間を削減することで、抵抗部１４に電流が流れることにより生じる発熱を抑制し、産業用ロボットの温度上昇を抑制して産業用ロボットの信頼性を維持することができる。
【００２９】
なお、産業用ロボットの温度上昇の抑制を適切に行うためには、閾値設定部１０で設定される閾値は、従来から一般的に行われているように閾値を変更せずに一定とする場合の固定閾値以上の範囲で変更させることが望ましい。
【００３０】
また、本実施の形態１では、マニピュレータ１が有するモータ３の数だけ図１に示す構成が必要となる。しかし、便宜上、モータ３が１つの場合を例にして説明している。マニピュレータ１が複数のモータ３を備えている場合、制御装置２に設けられているインバータ部６は、マニピュレータ１に用いられるモータ３と同じ数だけ並列にして設けられる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、マニピュレータの減速動作時に発生する回生エネルギーを熱エネルギーとして放出する無駄を低減させることができ、インバータによりモータを制御する産業用ロボットとして産業上有用である。
【符号の説明】
【００３２】
１  マニピュレータ
２  制御装置
３  モータ
４  記憶部
５  コンバータ部
６  インバータ部
７  コンデンサ
８  電圧検出部
９  回生部
１０  閾値設定部
１１  制御部
１２  交流電源
１３  スイッチング素子
１４  抵抗部
１５  スイッチング部
【図１】
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【図２】
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