(57)【要約】【課題】自動機械の駆動装置に対して信頼性の高い電源供給を行ない、かつ安全性の確保に支障の無い自動機械の制御装置を提供する。【解決手段】電源２１に接続された遮断器２２と、遮断器２２に接続された継電装置３１を介して自動機械の駆動部３５に電源を供給する駆動装置３２とを有し、前記駆動装置３２を制御する自動機械の制御装置において、継電装置３１に接続された電流制御整流素子３３と、駆動部３５の電源投入において継電装置３１の閉路後に電流制御整流素子３３を通電制御する電流制御器２９とを備える。【選択図】図２
2004166357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続された遮断器と、前記遮断器に接続された継電装置を介して自動機械の駆動部に電源を供給する駆動装置とを有し、前記駆動装置を制御する自動機械の制御装置において、
前記継電装置に接続された電流制御整流素子と、
前記駆動部の電源投入において前記継電装置の閉路後に前記電流制御整流素子を通電制御する電流制御器とを備えることを特徴とする自動機械の制御装置。
【請求項２】
電源に接続された遮断器と、前記遮断器に接続された継電装置を介して自動機械の駆動部に電源を供給する駆動装置とを有し、前記駆動装置を制御する自動機械の制御装置において、
前記継電装置に接続された電流制御整流素子と、
前記駆動部の電源遮断において前記継電装置の開路前に前記電流制御整流素子を非通電とする電流制御器とを備えることを特徴とする自動機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動機械の制御装置における駆動装置の電源投入及び遮断制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボット等の自動機械を使用しての小規模な部品加工機械では、加工部品の加工位置への供給や取り外しが、作業員により行われる場合がある。この際には、作業員の体の一部が自動機械の可動範囲に入ることとなるため、自動機械が暴走など思わぬ動作をした場合、ライトカーテン等で作業員への自動機械の接近を検出し、自動機械の駆動電源を遮断するなどの作業員の安全確保を行っている。しかしながら、近年の安全への意識の高まりや、自動機械のコスト削減のため、安全装置を削減し、代わりに作業員が自動機械の可動範囲に入っての段取り作業中に自動機械の駆動電源を遮断することで作業員の安全確保を行っている。部品の供給や作業後の取り外しの度に駆動電源の投入／遮断が行われることなり、継電装置接点の寿命を大幅な延長する必要がある。
【０００３】
自動機械に使用される複数軸を制御する駆動軸は、電磁接触器などの継電装置に接続された交流を直流に変換する整流回路と、整流後の電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑後の直流電圧を変換する複数のインバータ回路部より構成されており、インバータ部はＣＰＵが自動機械の動作に基づいて生成するＰＷＭ指令信号により制御するようになっている。平滑回路には平滑コンデンサが用いられており、いわゆるコンデンサ入力形の回路では電源投入時に平滑コンデンサに大きな充電電流が流れるため継電装置接点及び整流回路部の整流素子に損傷を与える恐れがある。
【０００４】
（従来例１）
電源投入時に電源より整流器への電流を抵抗器へバイパスすることで突入電流を低減し、平滑コンデンサへ充電され、電流が減少すると抵抗器両端に接続されたリレーを閉路して電源より直接整流器へ接続する。又は平滑後の電圧を監視して、所定電圧以上になると前記リレー接点を閉路することで同様の効果を得るものである。図６を用いて説明する。圧縮機６６の回転数を制御するためのインバータ装置６２と、その制御系を表すブロック図である。インバータ装置６２は整流回路部６３と、平滑コンデンサ６４と、インバータ部６５とから成る。６７はインバータ装置６２の入力電流を検出するための入力電流センサ、６８は検出電流をデジタル変換して制御装置（マイクロコンピュータ）６９に入力するための入力電流変換回路である。交流電源６１からインバータ装置６２に電源を投入すると先ず平滑コンデンサ６４が充電される。７１はその充電開始時の突入電流を抑えるための抵抗素子である。マイクロコンピュータ６９は平滑コンデンサ６４が充電されて入力電流値が予めプログラム設定している判定基準値以下になったときドライブ回路７３を制御してリレー７２をオンするものである。（特許文献１参照）。
【０００５】
（従来例２）
別の従来技術として、電源遮断に際しての継電装置接点の開路動作についての発明がある。これは、電源遮断時に大きな電流が流れている状態で継電装置の接点を開路すると接点間にアークが発生し、そのために接点表面が荒れ、障害が発生することは従来例１の課題としてあげている。これは、駆動装置への電源制御で、駆動を遮断する場合、電流が所定の値以上であると、接点開路を行わず、電流が小さくなってから接点を開路するものである。図７を示して、詳細に説明する。リレー８１の接点電流を検出する電流値検出手段８２と、この電流値検出手段８２で検出する電流が所定の基準値を越えて流れるときにはリレー接点の開放動作をロックするとともに電流値検出手段８２で検出する電流値が基準値以下になったところでリレー接点の開放動作を行わせる制御部８３とからなる（特許文献２参照）。
【０００６】
（従来例３）
また、別の従来例としては交流電源のゼロボルト付近で継電器接点の開閉を行う方法がある（特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１６８２４８号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９７１７６号公報
【特許文献３】
特開２０００−３４００５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１では、電源投入時には抵抗器を通して電力を供給することで大きな突入電流を抑えるが、抵抗器の抵抗値を大きくすると平滑コンデンサへの充電時間が大きくなり、インバータ部でモータを駆動可能となるまでの時間が伸びる。これは、駆動電源投入より自動機械が稼動開始できるまでの時間が伸びることであるため、１加工部品当たりの時間が伸びる事となるので、生産性を考慮すると抵抗器の抵抗値を小さくし、自動機械が稼動開始できるまでの時間短縮が望まれる。しかしながら、抵抗値を小さくすることは突入電流を十分に抑えることができなくなるため、駆動電源投入のたびに抵抗器導体は自身の発熱のため瞬時に高温となり、リレーが閉路後は無通電状態となるため、抵抗器導体は冷却する。抵抗器導体は、この際の熱による膨張、収縮が繰り返され、金属疲労のため断線故障が発生することがある、このため抵抗器は容量の大きなもの、つまり外形の大きなものを選定する必要があり、自動機械の制御装置の小型化が望まれる中では大きな障害となる、またコスト低減にも障害がある。また、電源遮断時の対策が無いため、モータを駆動中に非常停止などの操作がなされ、継電装置を遮断する際には、大電流の遮断となり、継電装置接点間にアークが発生し、そのために接点表面に荒れが発生し、融着や溶着が発生するといった接点寿命が短くなる可能性がある。
【０００９】
従来例２では、電流が所定の値以下になってから接点を開路するが、自動機械における安全の確保の手段としては、非常時に非常停止操作等でモータへの駆動電源を遮断し、自動機械の動作を停止することで行っているため、駆動電源の遮断となる非常停止操作がなされた場合、自動機械が動作／停止の如何にかかわらず、継電装置接点を開路する必要があり、自動機械が動作中あるいは動作加速中の電流が所定の値より大きいときには開路しない特許文献２では、ロボットの駆動電源投入／遮断に適用できない。また、電流検出器が交流回路に配置される場合は従来例３と同様の継電装置接点の開路制御が行われることとなる。
【００１０】
従来例３は交流電源のゼロボルト付近で継電器接点の開閉を行う方法であるが、接点閉路時では、平滑コンデンサへの充電電流が突入電流として流れるため、接点の容量はこれに足る仕様が要求される。また開路においては、負荷は平滑コンデンサがあるため容量性のため、開路の瞬間に電流を完全に遮断することができず、やはり接点にアークが発生する。
【００１１】
上記の従来例では、接点閉路時の突入電流、及び開路時の接点間に発生するアークに対して、継電装置接点の開閉頻度に適する様に、大きな接点容量仕様の継電装置を選定する方策をとっていたが、この方策では継電装置の外形が大きくなり小型化が要求される自動機械の制御装置への適用には、制御装置の大型化という問題があった。また、コストアップを招くといったいうような問題も抱えていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、自動機械の駆動装置に対して信頼性の高い電源供給を行ない、かつ安全性の確保に支障の無い自動機械の制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
第１の発明の自動機械の制御装置は、電源に接続された遮断器と、前記遮断器に接続された継電装置を介して自動機械の駆動部に電源を供給する駆動装置とを有し、前記駆動装置を制御する自動機械の制御装置において、前記継電装置に接続された電流制御整流素子と、前記駆動部の電源投入において前記継電装置の閉路後に前記電流制御整流素子を通電制御する電流制御器とを備えることを特徴とするものである。
第２の発明の自動機械の制御装置は、電源に接続された遮断器と、前記遮断器に接続された継電装置を介して自動機械の駆動部に電源を供給する駆動装置とを有し、前記駆動装置を制御する自動機械の制御装置において、前記継電装置に接続された電流制御整流素子と、前記駆動部の電源遮断においては前記継電装置の開路前に前記電流制御整流素子を非通電とする電流制御器とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例としてロボット制御装置の場合を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示すロボット制御装置およびシステムの構成を示す図である。
図において、１はロボットであり、ロボット制御装置２に接続されている。ロボット１の手首部先端には作業を行うための作業ツールが取り付けられている。ロボット制御装置２には、教示の際の操作でロボット１を動作させ、位置登録を行ない、あるいは作業の登録を行うことで、作業プログラムの登録、あるいは登録済み作業プログラムの変更、などの編集を行うペンダント３が接続されている。また、ロボット１の動作領域を囲む防護柵４、防護柵４内への出入り口の防護柵扉５、防護柵扉５の開閉状態を検知する扉開閉検出装置６が装備されており、扉開閉検出装置６はロボット制御装置２に接続されている。ロボット制御装置２には操作パネル７が装備されており、非常停止ボタンやロボットシステムのモード変更や動作開始指令、及び停止指令をロボット制御装置２に与える。８は外部操作装置であり、ロボット制御装置２に接続されており、操作パネル７同様に非常停止ボタンやロボットシステムのモード変更や動作開始指令、及び停止指令をロボット制御装置２に与える。作業者９は作業台１０に加工すべきワーク１１の装着あるいはロボット１による作業後のワーク１１の取り外しを図示しない防護柵４の開口部より行うが、この際、作業者９の体の少なくとも一部はロボット１の可動範囲に入る事となるため、作業者９の安全確保のため外部操作装置８の非常停止操作等でロボット１の駆動電源を遮断後に行う。
【００１４】
図２は本発明を実施するための駆動装置とその制御部を示すブロック図である。図において２１はロボットの制御及び駆動のための電源であり、ロボット制御装置２へ引き込まれ、遮断機２２でロボット制御装置２への電源の投入及び遮断を行う。２３は制御用電源装置であり遮断機２２の負荷側に接続されており、制御基板２４に必要な電源を供給する。また、電源２１は遮断機２２の負荷側より制御用電源装置２３への接続と共に、駆動のため分岐し、継電装置３１へ接続され、その負荷側より駆動装置３２へ導かれている。制御基板２４はロボットシステムを統括制御するＣＰＵ及びメモリ２５、操作パネル７あるいは外部操作装置８と信号授受を行う入出力インターフェース２６、駆動装置３２への電源投入／遮断を行う継電装置３１への制御信号を発する継電装置インターフェース２７、駆動装置３２へ遮断機２２および継電装置３１を介して入力された電源２１の交流の整流制御を行う電流制御器２９、整流後平滑された駆動用の電圧を検出する駆動電圧インターフェース２８で構成されている。尚、制御基板２４の本発明に関する構成要素以外は図示していない。駆動装置３２では電流制御整流素子３３で電流制御器２９の制御の基で整流、平滑装置３４で平滑され、ロボット１の各軸駆動モータ（図示しない）を駆動する駆動部３５−１、３５−２・・３５−ｎへ接続され、駆動部３５−１、３５−２・・３５−ｎは制御基板２４の制御の基でロボット１の各軸駆動モータを駆動する。（駆動部の制御信号は図示しない）
【００１５】
次に、本発明の実施における駆動電源投入時の各構成要素の操作を図３に示すフローチャートで説明する。
操作者９より外部操作装置８へ駆動電源投入指示が入力される（Ｓ１）と、ＣＰＵは非常停止操作の状態、ロボットシステムのモード、防護柵扉５の各状態より駆動電源を投入可能か否かの確認を行ない、駆動電源を投入可能であれば駆動電源を投入するステップへ進む、不可能であれば、駆動電源の投入指令を無視し、駆動電源の投入を行わない。（Ｓ２）次に、入力された電源２１を駆動装置３２に接続するために継電装置３１の接点を閉路する。この際には電流制御器２９により、駆動装置３２の電流制御整流素子３３は通電制御されていないため継電装置３１の接点には電流は流れないので、接点が閉路する瞬間にはアーク発生や突入電流が流れる事はない。（Ｓ３）次に、電流制御器２９は、電流制御整流素子３３の通電制御を開始するが、整流後の平滑装置３４両端の電圧に基づき交流電圧の通電開始角度を調整することで過大な突入電流が流れることはない。（Ｓ４）この際に駆動電圧インターフェース２８で取得する平滑装置３４の両端電圧をが、予め設定された時間で上昇しない場合、駆動部３５−１、３５−２・・３５−ｎまでの配線の短絡発生あるいは駆動部３５−１、３５−２・・３５−ｎの短絡モードの故障発生などの検出を行うことも可能である。次に駆動電圧インターフェース２８で取得する平滑装置３４の両端電圧が、予め設定された電圧すなはち駆動部３５−１、３５−２・・３５−ｎにより各軸駆動モータを駆動制御可能な電圧に到達後、各軸駆動モータの駆動制御を行う。（Ｓ５）
【００１６】
次に、本発明の実施における駆動電源遮断時の各構成要素の操作を図４に示すフローチャートで説明する。
操作者９より外部操作装置８へ非常停止の操作などの駆動電源遮断指示が入力される（Ｓ１１）と、電流制御器２９は電流制御整流素子３３の整流電流を減少及び非通電とし（Ｓ１２）、継電装置３１の接点を開路する。（Ｓ１３）
【００１７】
図５は、本発明を実施するための駆動装置３２への電源投入／遮断を制御する継電装置インターフェース２７と、入出力インターフェース２６を示す駆動装置電源制御回路である。図において、４１は外部操作装置の非常停止スイッチ、４３はペンダント非常停止スイッチ、４５はペンダント３でロボット１の動作を行う際に各駆動軸モータを駆動する際に作業者の安全を確保するためのイネーブルスイッチ、４７は扉開閉検出装置スイッチであり、これらスイッチは入出力インターフェース２６へ接続され、それぞれ外部操作装置非常停止リレー４２、ペンダント非常停止リレー４４、イネーブルスイッチリレー４６、扉開閉リレー４８へ接続されている。尚、イネーブルスイッチ４５は各駆動軸モータを駆動する際に閉路し、扉開閉検出装置スイッチ４７は扉閉時閉路する。これらリレーの他に、図示しない制御上の複数のリレーがありＣＰＵの状態あるいはＣＰＵにより開閉制御されている。これらリレーの接点の接続は次のようになっている。２４Ｖの制御電源よりＣＰＵ正常時閉路するＣＰＵ正常リレー接点５２、外部操作装置非常停止リレー接点４２ａ、ペンダント非常停止リレー接点４４ａが直列に接続され、イネーブルスイッチリレー接点４６ａと教示モード選択時閉路する教示モードリレー接点５０の直列に接続された回路と、自動機械が稼動モード選択時に閉路する稼動モードリレー接点４９と扉開閉リレー接点４８ａの直列に接続された回路が並列に接続され、ペンダント非常停止リレー接点４４ａの他方に接続されている。前述の回路に駆動電源制御リレー接点５１が接続され、その他方より入力インターフェース回路５３を介してＣＰＵが信号状態読み込みと、オフディレーリレーである継電装置制御リレー５４に並列に接続され、継電装置制御リレー接点５４ａ信号は継電装置インターフェース２７を介して継電装置３１の接点開閉を制御している。
【００１８】
この回路において、駆動電源投入指示として外部操作装置８の非常停止が操作されると、外部操作装置の非常停止スイッチ４１は開路することで、外部操作装置非常停止リレー４２はオフし、外部操作装置非常停止リレー接点４２ａは開路するため入力インターフェース回路５３の入力は無電圧となることでＣＰＵは駆動電源投入指示が入信されたことを識別する。ＣＰＵは電流制御器２９を介し電流制御整流素子３３の整流電流を減少及び非通電とする。ＣＰＵにより電流制御整流素子３３の整流電流を減少及び非通電の間は継電装置制御リレー５４はオフディレーリレーであるため、継電装置制御リレー接点５４ａは未開路であり、所定の時間（例えば０．１秒）後に開路し、継電装置インターフェース２７を介して継電装置３１の接点を開路し、駆動装置３２への電源の供給を遮断する。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の自動機械の制御装置によれば、駆動電源の投入の際には継電装置の接点を閉路後、電流制御整流素子により交流電圧の通電開始角度を調整する通電制御を行なうことによって、無電圧で継電装置接点閉路を行ない、突入電流の抑制を行ない、継電器接点への損傷を防ぐことができ、駆動電源の遮断の際には電流制御整流素子の通電制御を止め非通電とした後に、継電装置接点の開路を行うことで、接点回路の際に発生するアークを抑え継電装置の接点の荒れを防ぐことで継電装置接点の寿命を大きく延長することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すロボットシステムの構成を示す図
【図２】本発明の実施における駆動装置と制御部のブロック図
【図３】本発明の実施における駆動電源投入のフローチャート
【図４】本発明の実施における駆動電源遮断のフローチャート
【図５】本発明の実施における駆動装置電源制御回路
【図６】従来例１の構成図
【図７】従来例２の構成図
１  ロボット
２  ロボット制御装置
３  ペンダント
４  防護柵
５  防護柵扉
６  扉開閉検出装置
７  操作パネル
８  外部操作装置
９  作業者
１０  作業台
１１  ワーク
２１  電源
２２  遮断機
２３  制御用電源装置
２４  制御基板
２５  ＣＰＵ及びメモリ
２６  入出力インターフェース
２７  継電装置インターフェース
２８  駆動電圧インターフェース
２９  電流制御器
３１  継電装置
３２  駆動装置
３３  電流制御整流素子
３４  平滑装置
３５  駆動部
４１  外部操作装置の非常停止スイッチ
４２  外部操作装置非常停止リレー
４３  ペンダント非常停止スイッチ
４４  ペンダント非常停止リレー
４５  イネーブルスイッチ
４６  イネーブルスイッチリレー
４７  扉開閉検出装置スイッチ
４８  扉開閉リレー
４９  稼動モードリレー接点
５０  教示モードリレー接点
５１  駆動電源制御リレー接点
５２  ＣＰＵ正常リレー接点
５３  入力インターフェース回路
５４  継電装置制御リレー
【図１】
2004166357.tif 000003
【図２】
2004166357.tif 000004
【図３】
2004166357.tif 000005
【図４】
2004166357.tif 000006
【図５】
2004166357.tif 000007
【図６】
2004166357.tif 000008
【図７】
2004166357.tif 000009