(57)【要約】【課題】ロボットの暖機運転時の消費電力を低減させる。【解決手段】ロボットの各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータが、それぞれ暖機目標温度Ｔｇ１〜Ｔｇ６に達するのに要する所要時間Δｔ１〜Δｔ６のうち最も長い最長所要時間Δｔｍａｘ（Δｔ２）を抽出する。関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６のモータへの通電開始時刻ｔｓ１，ｔｓ３〜ｔｓ６を、関節Ｊ２のモータへの通電開始時刻ｔｓ２よりも遅らせる。そして、関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６のモータへの通電開始時刻ｔｓ１，ｔｓ３〜ｔｓ６を、最長所要時間Δｔｍａｘ（Δｔ２）となるモータへの通電開始時刻ｔｓ２の後から暖機目標温度に達する時刻ｔｓｓまでの間の時刻に設定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節のうち対応する関節をそれぞれ駆動する、通電により発熱する複数のモータを有するロボットと、
前記複数のモータのうち対応するモータの周辺の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサと、
暖機運転時、前記各温度センサにより検出された温度が、前記各モータに対して設定された暖機目標温度となるように、前記各モータへの通電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記各モータが前記各暖機目標温度に達するのに要する所要時間のうち最も長い最長所要時間となるモータへの通電開始時刻の後から暖機目標温度に達する時刻までの間に、他のモータへの通電開始時刻を設定したことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記最長所要時間となるモータが暖機目標温度に達する時刻以前に、前記他のモータが暖機目標温度に達するように、前記各モータへの通電開始時刻を制御することを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記各モータが前記各暖機目標温度に達する時刻が同一となるように、前記各モータへの通電開始時刻を制御することを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記各モータへの通電によるそれぞれの昇温曲線を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記各モータへの通電前に前記各温度センサから検出温度を取得し、該検出温度に基づき、前記記憶部に記憶された前記各昇温曲線から前記各モータが前記各暖機目標温度に達するのに要する所要時間を算出し、該算出結果に基づき、前記各モータへの通電開始時刻を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記各昇温曲線は、前記各モータへそれぞれ所定電流を通電して得られ、
前記制御部は、前記各モータが前記各暖機目標温度に達するまでの間は、前記各モータへは前記各所定電流を通電するよう制御することを特徴とする請求項４に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記各所定電流が前記各モータで許容される最大許容電流であることを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
【請求項７】
暖機運転時に前記複数のモータのうち対応するモータの回転子の回転をそれぞれ制動するための複数のブレーキを備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項８】
複数の関節のうち対応する関節をそれぞれ駆動する、通電により発熱する複数のモータを有するロボットを制御するロボット制御方法において、
前記各モータの周辺の温度を検出する温度検出工程と、
暖機運転時、前記温度検出工程により検出された各検出温度が、前記各モータに対して設定された暖機目標温度となるように、前記各モータへの通電を制御する制御工程と、を備え、
前記制御工程では、前記各モータが前記各暖機目標温度に達するのに要する所要時間のうち最も長い最長所要時間となるモータへの通電開始時刻の後から暖機目標温度に達する時刻までの間に、他のモータへの通電開始時刻を設定することを特徴とするロボット制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの停止状態又は休止状態からロボットを暖機するロボット装置及びロボット制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型で複雑な構造をした製品の組立に対する自動化の要求が高まっており、これらの製品は小型の産業用のロボットで精密な組付けを行う必要がある。海外生産との競争力確保のためコストを抑えた生産体制の確立が必須となり、高い稼働率の実現と同時に、小型高精度化、また環境面において低消費電力による生産ラインの確立が望まれている。
【０００３】
従来より、精密な組立を実現させるために、ロボットの停止状態又は休止状態から運転開始後の温度変化による位置ずれ低減を目的に、ロボットの暖機を行っている。
【０００４】
ロボットの暖機は、所望の精度が安定して出るように数時間かけて行う場合もあり、何らかの昇温手段でロボットを昇温させていた。昇温手段には、外付けにて直接ロボットを加熱するものや、内蔵されているものなどいろいろな提案がなされているが、小型高精度化の中でやはりシンプルな構造のものが望まれていた。
【０００５】
ロボットの構成機器以外に昇温手段を追加すると、ロボットの大型化、コストアップと同時に消費電力も増加し、低消費電力による生産ラインの実現は難しくなる。
【０００６】
そこで、特許文献１のように、特別な昇温手段を必要とせず、ロボットの各関節を駆動するモータを用いて、低温状態から動作可能温度まで昇温できるようにしたロボット装置が提案されている。特許文献１に開示されたロボット装置では、各関節内に配置された温度センサによる検出温度が設定値（暖機目標温度）よりも低い場合に、モータを制動用ブレーキにより拘束した状態で通電し、モータを昇温させることで暖機を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３８４１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、各モータがそれぞれ暖機目標温度に昇温するまでにかかる時間は、各モータによって異なる。特許文献１に記載のロボット装置では、モータの温度が暖機目標温度に達した後でも暖機目標温度を維持するために、モータへの通電のオン／オフ制御を行っている。したがって、暖機目標温度まで相対的に短時間で昇温するモータは、他のモータが暖機目標温度に昇温するまで、不要な通電がなされることとなり、余分な電力を消費していた。
【０００９】
本発明は、ロボットの暖機運転時に消費電力を低減できるロボット装置及びロボット制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のロボット装置は、複数の関節のうち対応する関節をそれぞれ駆動する、通電により発熱する複数のモータを有するロボットと、前記複数のモータのうち対応するモータの周辺の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサと、暖機運転時、前記各温度センサにより検出された温度が、前記各モータに対して設定された暖機目標温度となるように、前記各モータへの通電を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記各モータが前記各暖機目標温度に達するのに要する所要時間のうち最も長い最長所要時間となるモータへの通電開始時刻の後から暖機目標温度に達する時刻までの間に、他のモータへの通電開始時刻を設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ロボットの暖機運転時における消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】実施形態に係るロボット装置の演算部によるロボット制御方法を示すフローチャートである。
【図３】各関節のモータへ一定電流を流したときのモータの温度と、それに至る時間との関係を表した昇温曲線を示すグラフである。
【図４】各関節のモータの昇温曲線、暖機目標温度、モータの現在の検出温度との関係を示すグラフである。
【図５】実施形態に係るロボットのロボット制御方法を実施した際の各関節の昇温状態を示すグラフである。
【図６】比較例によるロボットの停止状態又は休止状態からの暖機運転を行った場合の、ロボットの各関節の昇温を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。図１（ａ）はロボット装置の模式図、図１（ｂ）はロボット装置の各駆動部の模式図である。ロボット装置１００は、組立作業を行う生産装置である。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、ロボット装置１００は、垂直多関節のロボット２００と、ロボット２００を制御する制御装置３００と、を備えている。ロボット２００は、多軸（６軸）のロボットアーム２０１と、ロボットアーム２０１の先端に設けられたエンドエフェクタ２０２とを有している。制御装置３００は、モータに電流を供給するドライバ回路等を有する駆動制御部３０１と、ＣＰＵからなる演算部（制御部）３０２と、記憶部３０３とを有している。駆動制御部３０１には、演算部３０２及び記憶部３０３が接続されている。演算部３０２には、記憶部３０３が接続されている。
【００１５】
ロボットアーム２０１は、各関節（関節軸ともいう）Ｊ１〜Ｊ６で旋回又は回転可能に連結された複数のフレーム（リンク）２１１〜２１６を有している。また、ロボットアーム２０１は、複数（６つ）の関節Ｊ１〜Ｊ６のうち対応する関節をそれぞれ駆動する複数（６つ）の駆動部としての駆動ユニット２２０（図１（ｂ））を有している。各駆動ユニット２２０は、各関節Ｊ１〜Ｊ６に設けられている。
【００１６】
エンドエフェクタ２０２は、例えばロボットハンドであり、ワークを把持することができる。エンドエフェクタ２０２は、ロボットアーム２０１の先端、即ちフレーム２１６にビスなどの固定部材で固定されている。
【００１７】
各駆動ユニット２２０は、図１（ｂ）に示すように、モータ２２１、減速機２２２、エンコーダ２２３及びブレーキ２２４を有して構成される。
【００１８】
各モータ２２１は、各関節Ｊ１〜Ｊ６を駆動するもので、例えばブラシレスモータ等のＤＣモータやＡＣモータである電磁モータであり、不図示の固定子と回転子とを有する。各モータ２２１は、通電により発熱する。
【００１９】
モータ２２１の出力軸（回転子）には、減速機２２２が取り付けられている。各モータ２２１の減速機２２２が配置された側とは反対側には、各関節Ｊ１〜Ｊ６の位置を検出するためのエンコーダ２２３と、モータ２２１への通電が切れても各関節Ｊ１〜Ｊ６が動かないようにするためのブレーキ２２４とが取り付けられている。
【００２０】
各モータ２２１には、対応するモータ２２１の周辺の温度を検出するための温度センサ２３０が取り付けられている。なお、各温度センサ２３０の取付け位置は、モータ２２１の他、減速機２２２、エンコーダ２２３、ブレーキ２２４等であってもよく、また、各フレーム２１１〜２１６であってもよい。即ち、モータ２２１は通電により発熱するものであるので、この発熱が検出できる位置（モータ２２１の周辺の温度を検出できる位置）であればどこでもよい。以下、モータ２２１の温度という場合は、温度センサ２３０により検出された温度（検出温度）のこという。
【００２１】
各駆動ユニット２２０のブレーキ２２４は、制御装置３００（駆動制御部３０１）の制御の下、モータ２２１の回転子を拘束し、回転子の回転を制動するためのものである。
【００２２】
これら駆動ユニット２２０や温度センサ２３０への電源線や信号線は、ロボット２００のフレーム２１１〜２１６の中若しくは外部に配線され、駆動制御部３０１へと接続されている。演算部３０２が駆動制御部３０１へ動作指令を送ることで、駆動制御部３０１は動作指令に応じて各駆動ユニット２２０のモータ２２１へ通電を行う。これによりモータ２２１が動作し、減速機２２２の出力軸側に取り付けられた不図示のプーリやベルトを有する駆動機構を介して、ロボット２００の各関節Ｊ１〜Ｊ６が動作する。
【００２３】
本実施形態では、演算部３０２は、暖機運転時、各関節Ｊ１〜Ｊ６の温度センサ２３０により検出された検出温度が、各モータ２２１に対して設定された暖機目標温度となるように、駆動制御部３０１による各モータ２２１への通電を制御する。記憶部３０３には、組立を行う工程動作プログラムや各種パラメータが記憶されている。演算部３０２は、記憶部３０３に記憶された動作プログラムや各種パラメータから必要な情報を得て、動作や後述のような暖機運転を行うための演算等を行う。演算部３０２で演算した結果を、駆動制御部３０１に送出し、駆動制御部３０１は、これに従いロボット２００を動作させる。
【００２４】
ここで、図６は、比較例によるロボット２００の停止状態又は休止状態からの暖機運転を行った場合の、ロボット２００の各関節Ｊ１〜Ｊ６の昇温を示すグラフである。ロボット２００の休止状態又は停止状態から同時刻ｔｓで各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１に通電を一斉に行うと、最初は全関節Ｊ１〜Ｊ６が低温状態にあるので、全関節Ｊ１〜Ｊ６が同時に昇温を始める。
【００２５】
暖機完了時刻ｔｓｓは、各モータ２２１の温度が各暖機目標温度Ｔｇ１〜Ｔｇ６に達する時間のうち一番時間が長くかかる関節Ｊ２のモータ２２１の暖機完了時刻に一致する。この関節Ｊ２のモータ２２１の温度が暖機目標温度Ｔｇ２に上昇するまでの間、これよりも早く暖機目標温度に昇温した関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６のモータ２２１には、通電のオン／オフを繰り返すことで、暖機目標温度Ｔｇ１，Ｔｇ３〜Ｔｇ６を維持する。従って、各関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６のモータ２２１が各暖機目標温度Ｔｇ１，Ｔｇ３〜Ｔｇ６に到達してから、関節Ｊ２のモータ２２１の温度が暖機目標温度Ｔｇ２に到達するまでの間は、不要な通電がなされることとなり、余分な電力を消費することとなる。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態に係るロボット装置の演算部によるロボット制御方法（暖機方法）を示すフローチャートである。ロボット２００により組立作業を行う組立工程に先立って、事前準備工程、暖機工程が行われる。図２（ａ）は暖機運転を行う前の事前準備工程を示すフローチャート、図２（ｂ）は組立工程前に暖機運転を行う暖機工程を示すフローチャートである。
【００２７】
事前準備工程について説明する。まず、予めロボット２００の各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ昇温時の昇温曲線ｆｎ（ｔ）を取得する（Ｓ１）。ここでｎは関節軸番号であり、本実施形態ではロボット２００が６軸多関節ロボットなので、ｎ＝１、２、３、４、５、６となる。各昇温曲線ｆｎ（ｔ）は、各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１に対し一定の所定電流を通電することで得られる。各所定電流の電流値は、モータ間で同一値であってもよいし、異なる値であってもよい。
【００２８】
図３は、各関節のモータへ一定電流を流したときのモータの温度と、それに至る時間との関係を表した昇温曲線を示すグラフである。昇温曲線ｆｎ（ｔ）は、一定値の電流で取得することが好ましく、各モータ２２１で許容される最大許容電流Ｉｍａｘで取得するのがより好ましいが、装置の条件によって最大許容電流Ｉｍａｘよりも低い電流Ｉ１，Ｉ２で取得してもよい。昇温曲線ｆｎ（ｔ）は、後の暖機工程で各モータ２２１に通電する際の電流値と同じ電流値の電流を通電させて取得する。取得した各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１の昇温曲線ｆｎ（ｔ）は、記憶部３０３に記憶させ、後述の暖機時間等を演算する際に使用する。
【００２９】
なお、組立工程を開始するための理想的な暖機完了状態は、各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１が実際の組立工程動作を行っているときの温度に昇温していることである。
【００３０】
図２（ａ）のフローに戻り、ステップＳ２の次に実際の組立工程の動作をロボット２００に行わせ、各温度センサ２３０から各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１が昇温し安定状態になったときの各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１の温度を取得する（Ｓ２）。
【００３１】
つまり、演算部３０２が、各関節Ｊ１〜Ｊ６に設けられた各温度センサ２３０から、昇温して安定状態となっているときの検出温度を取得する。取得した各関節Ｊ１〜Ｊ６の温度センサ２３０による検出温度を、暖機目標温度Ｔｇｎ（ｎ：関節軸番号）として設定し（Ｓ３）、記憶部３０３に記憶させる。ここまでを暖機の事前準備工程とする。
【００３２】
次に組立工程を実施する前の暖機工程について説明する。図２（ｂ）において、演算部３０２は、まず温度センサ２３０による暖機前の各関節Ｊ１〜Ｊ６の現在のモータ２２１の温度Ｔｒｎを取得する（Ｓ４：温度検出工程）。つまり、演算部３０２は、各モータ２２１への通電前に各温度センサ２３０が検出した温度（検出温度）Ｔｒｎを各温度センサ２３０から取得する。
【００３３】
図４は、各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１の昇温曲線ｆｎ（ｔ）、暖機目標温度Ｔｇｎ、モータ２２１の現在の検出温度Ｔｒｎとの関係を示すグラフである。検出温度Ｔｒｎは、暖機前に検出した温度であるので、暖機目標温度Ｔｇｎよりも低い温度である。演算部３０２は、現在の検出温度Ｔｒｎから暖機目標温度Ｔｇｎに達するのに要する所要時間（昇温時間）Δｔｎを、記憶部３０３に記憶されている図４に示す昇温曲線ｆｎ（ｔ）を用いて算出し、その算出結果を記憶部３０３に記憶させる（Ｓ５）。このとき、演算部３０２は、各関節Ｊ１〜Ｊ６全ての関節の所要時間Δｔｎを算出して記憶部３０３に記憶させる。
【００３４】
図５は、本発明の実施形態に係るロボットのロボット制御方法を実施した際の各関節の昇温状態を示すグラフである。演算部３０２は、各モータ２２１が各暖機目標温度Ｔｇｎに達するのに要する所要時間Δｔｎのうち最も長い最長所要時間（最長昇温時間）Δｔｍａｘ、図５では所要時間Δｔ２を抽出する。演算部３０２は、最長所要時間Δｔｍａｘとなる関節Ｊ２のモータ２２１への通電開始時刻ｔｓ２の後から暖機目標温度Ｔｇ２に達する時刻ｔｓｓまでの間の時刻に、他の関節のモータ２２１への通電開始時刻ｔｓｎ（ｎ＝２を除く）を設定する（制御工程）。
【００３５】
このとき、演算部３０２は、最長所要時間Δｔｍａｘとなる関節Ｊ２のモータ２２１が暖機目標温度Ｔｇ２に達する時刻以前（時刻ｔｓｓ以前）に、他の関節のモータ２２１が暖機目標温度に達するように、各モータへの通電開始時刻を制御するのがよい。
【００３６】
つまり、本実施形態では、各関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６のモータ２２１の通電開始時刻（暖機開始時刻）ｔｓｎ（ｎ＝２を除く）を、通電開始時刻（暖機開始時刻）ｔｓ２よりも遅らせる。これにより、各関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６のモータ２２１の温度が暖機目標温度に到達した時刻から通電開始時刻ｔｓ２までの時間を短縮することができ、消費電力を低減することができる。
【００３７】
その際、各関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６のモータ２２１が暖機目標温度Ｔｇｎ（ｎ＝２を除く）に達する時刻が、関節Ｊ２のモータ２２１が暖機目標温度Ｔｇ２に達する時刻を超えないようにしている。
【００３８】
これにより、全モータ２２１の暖機運転に要する所要時間が、最長所要時間Δｔｍａｘ内に収まっているので、暖機時間が延びることなく、暖機運転に要する消費電力を低減することができる。
【００３９】
本実施形態（図５）では、演算部３０２は、各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１が各暖機目標温度Ｔｇｎに達する時刻が同一となるように、各モータ２２１への通電開始時刻ｔｓｎを制御している。従って、暖機運転に要する消費電力を最小限にすることができる。
【００４０】
演算部３０２の制御工程の動作について詳述すると、演算部３０２は、ステップＳ５の算出結果である各所要時間Δｔｎに基づき、各モータへの通電開始時刻（昇温開始時刻）ｔｓｎを決定する（Ｓ６）。つまり、演算部３０２は、昇温に一番時間がかかる関節Ｊ２のモータ２２１に合わせて各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２２１が同時に昇温終了するように昇温開始順及び通電開始時刻ｔｓｎを決める。具体的に説明すると、算出した各関節Ｊ１〜Ｊ６の昇温に要する所要時間Δｔｎのうち、一番長い最長所要時間Δｔｍａｘ（図５ではΔｔ２）の暖機完了時刻をｔｓｓとする。この暖機完了時刻ｔｓｓに、各関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６のモータ２２１の昇温が完了する時刻が一致するように、各関節の通電開始時刻ｔｓｎを決める。これら演算を演算部３０２で行い、通電開始時刻ｔｓｎを記憶部３０３に記憶させる。
【００４１】
演算部３０２は、各関節Ｊ１〜Ｊ６の通電開始時刻ｔｓｎを決めると、暖機目標温度達成条件を設定する（Ｓ７）。暖機目標温度達成条件は、時刻の判断だけでも良いが、時刻とモータ温度の両方もしくは組合せによる達成条件としてもよい。
【００４２】
演算部３０２は、暖機目標温度達成条件を設定すると、モータ２２１への通電開始により暖機を開始し、各関節Ｊ１〜Ｊ６の昇温開始順に従い通電開始時刻になったら通電を開始して、順次昇温を開始させる（Ｓ８）。各モータ２２１を昇温する際には、各モータ２２１に所定電流（最大許容電流）を通電させる。つまり、演算部３０２は、少なくとも各モータ２２１が各暖機目標温度Ｔｇｎに達するまでの間は、各モータ２２１へは各所定電流（各最大許容電流）を通電するよう制御する。各モータ２２１に最大許容電流Ｉｍａｘで通電することで、暖機運転に要する時間を短縮することができる。
【００４３】
ロボット２００の各関節Ｊ１〜Ｊ６に配置されているモータ２２１には、ブレーキ２２４が取り付けられているので、ブレーキ２２４でモータ２２１の軸（回転子）を固定し動かないようにして（制動して）電流を流す。このとき、ブレーキ２２４の保持力は流す電流でモータ２２１が発生するトルクを固定できるだけの保持力が発生できるようにしておく。これにより、暖機運転時は、ロボット２００の動作が停止するので、暖機運転時に他の部材へ接触するのが防止される。なお、暖機運転時にロボット２００が動作しても他の部材へ接触するおそれがない場合は、ブレーキ２２４によりモータ２２１の回転子の回転を制動することなく、暖機運転を行ってもよい。
【００４４】
演算部３０２は、目標温度達成条件を満たしたか否かを判断し（Ｓ９）、各関節Ｊ１〜Ｊ６を昇温させた結果、暖機目標温度達成条件を満たすと判断したら（Ｓ９：Ｙｅｓ）、暖機を終了する信号を駆動制御部３０１に出力する。これと同時に、演算部３０２は、ロボット２００に対する組立工程の動作の開始許可を示す信号を駆動制御部３０１へ出力し（Ｓ１０）、ロボット２００の組立動作を開始する。
【００４５】
以上説明したように、モータ温度が暖機目標温度に到達する時間から、各モータへの通電開始時刻を演算し、暖機目標温度に同時刻で到達するように設定することで、不必要な通電がなくなり、消費電力を最小に抑えることができる。
【００４６】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００…ロボット装置、２００…ロボット、２２１…モータ、２３０…温度センサ、３０２…演算部（制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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