(57)【要約】【課題】ロボット本体の機械的構成が複雑化することがないと共に大形化することなく、無励磁作動式電磁ブレーキを解除した場合に、サーボモータが有するロボット本体が高速で移動してしまうことを防止できるロボット本体の制御装置を提供する。【解決手段】コントローラは、ロボット本体の軸を駆動するサーボモータがＯＦＦした場合は（Ｓ１）、無励磁作動式電磁ブレーキに給電するリレーをＯＮするので（Ｓ２）、無励磁作動式電磁ブレーキが作動してサーボモータが機械的に保持される。サーボモータのダイナミックブレーキの異常状態でブレーキ解除ボタンが操作された場合は、ロボット本体の軸が高速で移動する場合がある。コントローラは、ロボット本体の軸速度が基準値αを上回った場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）、ブレーキ解除ボタンを介した給電路に設けられた遮断用のリレーをＯＮすることにより無励磁作動式電磁ブレーキの作動を解除する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体の軸駆動用のサーボモータが有する無励磁作動式電磁ブレーキとブレーキ解除用電源との間に介在され、動作状態で前記無励磁作動式電磁ブレーキと前記ブレーキ解除用電源とを接続する第１接続手段と、前記第１接続手段を動作させた状態で前記サーボモータをオンすると共に、前記サーボモータをオフした状態で前記第１接続手段の動作を停止する制御手段と、前記無励磁作動式電磁ブレーキと前記ブレーキ解除用電源との間に介在され、手動操作された状態で前記無励磁作動式電磁ブレーキと前記ブレーキ解除用電源とを接続する第２接続手段とを備えたロボットの制御装置において、
前記サーボモータのオフ状態では、前記サーボモータから出力される信号に基づいて前記ロボット本体の軸速度を計算する計算手段と、
前記第２接続手段を介して接続される前記無励磁作動式電磁ブレーキと前記ブレーキ解除用電源との間に介在され、動作状態で前記無励磁作動式電磁ブレーキと前記ブレーキ解除用電源とを遮断する遮断手段とを備え、
前記制御手段は、前記計算手段が計算した速度が基準値を超えた場合は、前記遮断手段を動作することを特徴とするロボットの制御装置。
【請求項２】
前記第２接続手段が動作していることを検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段が前記第２接続手段の動作を検出していることを条件として前記遮断手段を動作することを特徴とする請求項１記載のロボットの制御装置。
【請求項３】
前記遮断手段は、リレーのノーマルクローズ接点であり、
前記制御手段は、前記遮断手段を動作させる場合は、前記リレーに通電することを特徴とする請求項１または２記載のロボットの制御装置。
【請求項４】
前記リレーは、前記ノーマルクローズ接点の動作と反対動作するノーマルオープン接点を備えて構成され、
前記ノーマルオープン接点の動作に基づいて前記ノーマルクローズ接点の溶着を検出する溶着検出手段を備えたことを特徴とする請求項３記載のロボットの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット駆動用のサーボモータが有する無励磁作動式電磁ブレーキを制御するロボットの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット本体の停止状態、つまりロボット本体の軸を駆動するためのサーボモータのＯＦＦ状態ではサーボモータに停止力が作用せず、多関節型ロボットにあっては垂直方向に旋回するアームが重力で下方向に移動したり、スカラー型ロボットにあっては上下軸が重力で下方向に移動したりしてしまうことから、停止状態で重力の影響を受ける軸を駆動するためのサーボモータに無励磁作動式電磁ブレーキを設けるようにしている。
【０００３】
この無励磁作動式電磁ブレーキは、ブレーキ解除用電源と接続された状態で電磁ブレーキが解除され、ブレーキ解除用電源と遮断された状態で電磁ブレーキ（バネによる機械的なブレーキ）が作動する構成となっている。従って、無励磁作動式電磁ブレーキとブレーキ解除用電源とを接続した状態でサーボモータをＯＮ（通電）すると共に、サーボモータをＯＦＦした状態で無励磁作動式電磁ブレーキとブレーキ解除用電源との間を遮断するようにしている。このような無励磁作動式電磁ブレーキによるサーボモータに対する機械的な保持状態で何らかの非常事態が生じた場合は、ロボット本体を移動する必要があることから、ロボット本体にブレーキ解除ボタンを設け、そのブレーキ解除ボタンに対する操作で無励磁作動式電磁ブレーキとブレーキ解除電源とを接続することにより無励磁作動式電磁ブレーキの作動を解除することが行われている。
【０００４】
図６は、無励磁作動式電磁ブレーキを制御する回路構成を概略的に示している。ロボット本体１０１の図示しないサーボモータが有する無励磁作動式電磁ブレーキ１０２は、コントローラ１０３に設けられたスイッチ１０４によりブレーキ解除用電源１０５との間が遮断された状態で作動する。従って、図５は、無励磁作動式電磁ブレーキ１０２が作動した状態を示しており、図示しないサーボモータに対して機械的なブレーキが作用している。ロボット本体１０１に設けられたブレーキ解除ボタン１０６が操作された場合は、無励磁作動式電磁ブレーキ１０２とブレーキ解除用電源１０５との間が接続されるので、無励磁作動式電磁ブレーキ１０２が解除され、ロボット本体１の移動が可能となる。
【特許文献１】特開平４−３１５５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば多関節型ロボットでは、無励磁作動式電磁ブレーキが解除された場合に、ロボット本体の垂直方向へ旋回するアームが重力で下方に移動したり、エアーバランスの不釣合いなどでアームが上昇したりする可能性がある。このような場合、サーボモータのダイナミックブレーキが作動し、ロボット本体の移動に対して制動力が作用してロボット本体の高速移動が抑制されるものの、サーボモータのダイナミックブレーキが故障した状態で無励磁作動式電磁ブレーキを解除した場合は、ブレーキ解除と同時にアームが高速で動作する可能性がある。
このような問題に対して、特許文献１のものは、スカラー型ロボットにおいて、ブレーキが解除されたときは、ラチェットを作動させることにより上下軸が下方向に移動してしまうことを規制するようにしている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような構成では、ラチェットを作動させる構成が複雑であり、コストが上昇するばかりでなく、ロボット本体の外形が大形化してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ロボット本体の機械的構成が複雑化することがないと共に大形化することなく、サーボモータが有する無励磁作動式電磁ブレーキを解除した場合に、ロボット本体が高速で移動してしまうことを防止できるロボット本体の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明によれば、サーボモータのオフ状態では、遮断手段により無励磁作動式電磁ブレーキとブレーキ解除用電源との間が遮断されるので、無励磁作動式電磁ブレーキが作動してサーボモータに対して機械的なブレーキが作用し、ロボット本体の軸が停止位置に保持される。
【０００９】
さて、何らかの非常事態によりロボット本体を移動（回転軸或いは垂直軸を移動）する必要を生じたときは、ブレーキ解除手段を手動操作する。すると、無励磁作動式電磁ブレーキとブレーキ解除用電源とが接続され、無励磁作動式電磁ブレーキによるサーボモータに対する機械的なブレーキが解除されるようになるので、ロボット本体の移動が可能となる。
【００１０】
ところで、サーボモータのダイナミックブレーキが故障していた場合は、ロボット本体の軸のうち重力の影響を受ける軸が高速で移動するようになる。ここで、計算手段は、サーボモータのオフ状態では軸の速度を計算しており、その速度が基準値を超えた場合は、遮断手段が無励磁作動式電磁ブレーキとブレーキ解除用電源との間を遮断するようになる。これにより、無励磁作動式電磁ブレーキが作動するようになり、ロボット本体が移動してしまうことを規制するようなる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、第２接続手段が動作している場合のみ遮断手段が動作するので、第２接続手段が動作していないにも関わらず遮断手段が無駄に動作してしまうことを防止できる。
請求項３の発明によれば、遮断手段をリレーにより容易に構成することができる。
請求項４の発明によれば、無励磁作動式電磁ブレーキとブレーキ解除用電源との間に介在されたノーマルクローズ接点が溶着した場合は、リレーを作動するにしてもノーマルオープン接点が開放したままとなるので、溶着検出手段は、そのことに基づいてノーマルクローズ接点が溶着したことを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１ないし図３を参照して説明する。
図３は、一般的な産業用ロボットのシステム構成を示すものである。本システムは、ロボット本体１と、このロボット本体１を制御するコントローラ２と、このコントローラ２に接続されたティーチングペンダント３とから構成されている。
【００１３】
ロボット本体１は多関節型として構成され、ベース４と、このベース４に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部５と、このショルダ部５に上下方向に旋回可能に支持された下アーム６と、この下アーム６に上下方向に旋回可能に支持された上アーム７と、この上アーム７に上下方向に旋回可能に支持された手首８とから構成されており、手首８は先端部に回転（捻り動作）可能なフランジ９を備えている。尚、図示はしないが、ワークを把持するハンドはフランジ９に取り付けられるようになっている。
【００１４】
ここで、ベース４にはブレーキ解除ボタン（第２接続手段に相当）１０が設けられている。このブレーキ解除ボタン１０は、無励磁作動式電磁ブレーキ１１とブレーキ解除用電源１２（何れも図１参照）との間を遮断するためのものである。
【００１５】
図１は、ロボット本体１及びコントローラ２のうち本発明に関連した構成のみを示す概略図で、１組のサーボモータ１３及び無励磁作動式電磁ブレーキ１１を代表して記載した。この図１において、ロボット本体１に設けられた各軸はサーボモータにより駆動されるようになっており、これらの軸のうち垂直方向に旋回する下アーム６及び上アーム７の軸を駆動するサーボモータ１３には無励磁作動式電磁ブレーキ１１が設けられている。この無励磁作動式電磁ブレーキ１１は、非給電状態でサーボモータに対して例えばスプリングの力によって機械的にブレーキを作用させる電磁ブレーキである。
【００１６】
コントローラ２にはブレーキ解除用電源１２が設けられている。このブレーキ解除用電源１２は、無励磁作動式電磁ブレーキ１１とノーマルオープン接点（第１接続手段に相当）１４ａを介して接続されている。このノーマルオープン接点１４ａは、コントローラ２に設けられた給電用リレー１４が有するもので、コントローラ２によりスイッチ１５がＯＮして給電用リレー１４に通電されることに応じて閉鎖するようになっている。
【００１７】
ブレーキ解除用電源１２には、ブレーキ解除ボタン１０とノーマルクローズ接点（遮断手段に相当）１６ａとからなる直列回路が並列接続されている。このノーマルクローズ接点１６ａは、コントローラ２に設けられた遮断用リレー１６が有するもので、コントローラ２によりスイッチ１７がＯＮして遮断用リレー１６に通電されることに応じて開放するようになっている。
【００１８】
遮断用リレー１６にはノーマルオープン接点１６ｂが設けられており、遮断用リレー１６に通電された状態で閉鎖するようになっている。つまり、ノーマルオープン接点１６ｂは、ノーマルクローズ接点１６ａの動作と反対動作するようになっている。このノーマルオープン接点１６ｂの一端は電源ラインと接続され、他端はバックチェック回路（溶着検出手段に相当）１８と接続されている。このバックチェック回路１８は、ノーマルオープン接点１６ｂの動作状態を検出して制御回路（制御手段、計算手段に相当）１９に通知するもので、ノーマルクローズ接点１６ａの溶着を検出するために設けられている。
【００１９】
次に上記構成の作用について説明する。
制御回路１９は、ロボット本体１を動作させるためにサーボモータ１３をＯＮ（通電）する場合は、スイッチ１５をＯＮする。これにより、給電用リレー１４に通電され、ノーマルオープン接点１４ａが閉鎖するので、無励磁作動式電磁ブレーキ１１に通電され、無励磁作動式電磁ブレーキ１１によるサーボモータ１３に対する機械的なブレーキが解除される。制御回路１９は、このような無励磁作動式電磁ブレーキ１１を解除した状態でサーボモータ１３をＯＮする。
【００２０】
制御回路１９は、ロボット本体１の動作を停止、つまりサーボモータ１３をＯＦＦした場合は、スイッチ１５をＯＦＦする。これにより、給電用リレー１４に対する通電が停止してノーマルオープン接点１４ａが開放するので、無励磁作動式電磁ブレーキ１１が作動し、ロボット本体１の下アーム６及び上アーム７が無励磁作動式電磁ブレーキ１１により停止位置に機械的に保持されるようになる。
【００２１】
ここで、制御回路１９は、上述のようにサーボモータ１３のＯＦＦ状態では、本発明に関連して停止制御動作を実行するようになる。
図２は、制御回路１９の停止制御動作を示すフローチャートである。制御回路１９は、図２に示す動作を一定周期で実行するようになっている。この図２に示すように、制御回路１９は、サーボモータがＯＦＦ（非通電）した場合は（Ｓ１：ＹＥＳ）、サーボモータ１３から出力されるエンコーダ信号に基づいてロボット本体１の軸速度（サーボモータ１３の速度）を計算し（Ｓ３）、その速度が所定速度αよりも小さいときは（Ｓ４：ＮＯ）、何も実行することなくリターンする。
【００２２】
さて、ロボット本体１が停止した場合に、何らかの非常事態が生じ、ロボット本体１の下アーム６或いは上アーム７を作動させる必要が生じた場合は、オペレータは、ロボット本体１のベース４に設けられているブレーキ解除ボタン１０を押圧操作する。すると、無励磁作動式電磁ブレーキ１１とブレーキ解除用電源１２との間が接続されるようになるので、無励磁作動式電磁ブレーキ１１の作動が解除されるようになる。これにより、無励磁作動式電磁ブレーキ１１によるサーボモータ１３に対する機械的なブレーキが解除され、ロボット本体１において垂直方向に力を受ける下アーム６及び上アーム７を任意に移動することが可能となるので、緊急事態に迅速に対処することができる。このようにサーボモータ１３に対するブレーキを解除した状態では、垂直方向に旋回する下アーム６或いは上アーム７が重力により下方向に移動したり、エアーバランスの不釣合いなどで上昇したりする場合があるものの、このような場合は、サーボモータ１３にはダイナミックブレーキが作用するようになるので、下アーム６或いは上アーム７が高速で移動することはない。
【００２３】
しかしながら、サーボモータ１３のダイナミックブレーキが故障した状態でブレーキ解除ボタン１０を操作した場合は、無励磁作動式電磁ブレーキ１１のブレーキ解除と同時に下アーム６或いは上アーム７が高速で移動する可能性がある。
そこで、制御回路１９は、ロボット本体１のアームが高速で移動したために、図２に示すように計算したロボット本体１の速度が基準値αを上回った場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）、ロボット本体１が高速で移動したと判断し、スイッチ１７をＯＮすることにより遮断用リレー１６をＯＮしてから（Ｓ５）、オペレータに対してブレーキ解除中断エラーを報知する（Ｓ６）。これにより、遮断用リレー１６のノーマルクローズ接点１６ａが開放され、無励磁作動式電磁ブレーキ１１とブレーキ解除用電源１２との間が遮断されるようになるので、無励磁作動式電磁ブレーキ１１が作動してサーボモータ１３にブレーキが作用してロボット本体１の軸が保持されるようになる。
【００２４】
以上のような動作の結果、ブレーキ解除ボタン１０に対する操作によりブレーキ解除と同時に下アーム６或いは上アーム７が高速で移動しようとした場合であっても、下アーム６或いは上アーム７が無励磁作動式電磁ブレーキ１１により停止するようになるので、ロボット本体１が不用意に動作してしまうことを防止できる。
また、オペレータは、上述のようにブレーキ解除中断エラーが報知された場合は、サーボモータ１３のダイナミックブレーキが異常であると判断し、異常に対して適切に対処する。
【００２５】
ところで、ブレーキ解除ボタン１０が操作された場合は、遮断用リレー１６のノーマルクローズ接点１６ａに比較的大きな電流が流れることから、ノーマルクローズ接点１６ａが溶着することがある。このようにノーマルクローズ接点１６ａが溶着した場合は、遮断用リレー１６に通電するにしても、ノーマルクローズ接点１６ａが開放しなくなり、無励磁作動式電磁ブレーキ１１に対する給電を解除できなくなってしまう。このような場合、遮断用リレー１６のノーマルオープン接点１６ｂの開放状態が継続することから、バックチェック回路１８は、ノーマルクローズ接点１６ａが溶着したと判断し、異常を報知するようになる。従って、バックチェック回路１８が異常を報知した場合は、ノーマルクローズ接点１６ａが溶着していないかを確認し、溶着していた場合は、遮断用リレー１６を交換する。
【００２６】
このような実施例によれば、制御回路１９は、サーボモータ１３のＯＦＦ状態では、ロボット本体１の軸速度を計算し、その軸速度が基準値を上回った場合は遮断用リレー１６をＯＮすることにより、無励磁作動式電磁ブレーキ１１とブレーキ解除用電源１２との間を遮断するようにしたので、サーボモータ１３のダイナミックブレーキが故障していた状態でブレーキ解除ボタン１０を操作した場合であっても、ロボット本体１が高速で移動してしまうことを防止できる。従って、ロボット本体が高速で移動してしまうことを防止するためにラチェットを作動させる構成の従来例のものと違って、ロボット本体１の機械的構成が複雑化することがないと共に大形化することなく、サーボモータ１３の無励磁作動式電磁ブレーキ１１の作動を解除した場合に、ロボット本体１が高速で移動してしまうことを防止できる。
【００２７】
しかも、このように優れた効果を奏するには、ブレーキ解除ボタン１０に遮断用リレー１６のノーマルクローズ接点１６ａを直列接続し、ロボット本体１の軸速度に基づいて遮断用リレー１６をＯＮするように構成すればよいので、コストが大幅に上昇することなく容易に実施することができる。
【００２８】
（第２実施例）
次に本発明の第２実施例について図４及び図５を参照して説明するに、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第２実施例は、ブレーキ解除ボタン１０が操作されていることを検出する手段を設けたことに特徴を有する。
【００２９】
第１実施例では、サーボモータ１３のＯＦＦ状態でロボット本体１の軸速度を計算するようにしたことから、サーボモータ１３のＯＦＦ状態であれば、ブレーキ解除ボタン１０が操作されていない状態でもロボット本体１の軸速度を計算してしまう。このため、ブレーキ解除中断エラーを不必要に報知してしまう虞がある。
【００３０】
そこで、本実施例では、図４に示すように、ブレーキ解除ボタン１０とノーマルクローズ接点１６ａの直列回路に電流センサ２０を接続し、この電流センサ２０が電流を検知してＯＮした場合は、ブレーキ解除ボタン１０が操作されたと判断するようにした。
制御回路１９の動作を示す図５において、制御回路１９は、給電用リレー１４をＯＦＦした場合は（Ｓ２）、電流センサ２０がＯＮするかを判断するようになる（Ｔ１）。ブレーキ解除ボタン１０が操作されていない通常状態においては、電流センサ２０はＯＦＦしているので、ロボット本体１の軸速度を計算することはない。
【００３１】
さて、緊急事態が発生してロボット本体１のアームを移動するために、オペレータがロボット本体１に設けられているブレーキ解除ボタン１０を操作すると、電流センサ２０に電流が流れてＯＮする。
制御回路１９は、電流センサ２０がＯＮした場合は、ステップＴ１において「ＹＥＳ」と判断し、ロボット本体１の軸速度を計算し（Ｓ３）、その軸速度が基準値αを上回った場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）、遮断用リレー１６をＯＮすることにより無励磁作動式電磁ブレーキ１１の作動を解除すると共に（Ｓ５）、ブレーキ解除エラーを報知する（Ｓ６）。
【００３２】
このような実施例によれば、ブレーキ解除ボタン１０が操作されたことを条件として、無励磁作動式電磁ブレーキ１１の作動を解除するので、ブレーキ解除ボタン１０が操作されていない場合に無励磁作動式電磁ブレーキ１１の作動を誤って解除してしまうことを防止できる。
尚、電流センサ２０に代えて、ブレーキ解除ボタン１０が操作されたことを直接検出する手段を設けるようにしてもよい。
【００３３】
本発明は、上記実施例に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
ロボット本体１の水平旋回用の軸を駆動するサーボモータ１３に無励磁作動式電磁ブレーキ１１を設け、その無励磁作動式電磁ブレーキ１１の通電を制御するようにしてもよい。
無励磁作動式電磁ブレーキ１１とブレーキ解除用電源１２とを接続するリレーに代えて、無接点回路を設けるようにしてもよい。
ブレーキ解除ボタン１０をコントローラ２に設けるようにしてもよい。
スカラー型ロボットの上下軸を駆動するためのサーボモータに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施例における全体構成を概略的に示す電気回路図
【図２】コントローラの制御回路の動作を示すフローチャート
【図３】ロボット本体の斜視図
【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図５】図２相当図
【図６】従来例を示す無励磁作動式電磁ブレーキの電気回路図
【符号の説明】
【００３５】
図面中、１はロボット本体、２はコントローラ、１０はブレーキ解除ボタン（第２接続手段）、１１は無励磁作動式電磁ブレーキ、１２はブレーキ解除用電源、１３はサーボモータ、１４は給電用リレー、１４ａはノーマルオープン接点（第１接続手段）、１６は遮断用リレー、１６ａはノーマルクローズ接点（遮断手段）、１６ｂはノーマルオープン接点、１８はバックチェック回路（溶着検出手段）、１９は制御回路（制御手段、計算手段）である。
【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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