(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータに任意の値の電流を供給して回転駆動するサーボアンプと、
前記サーボアンプから前記モータを駆動する電流値のフィードバックを受けて、当該フィードバックされる電流値に基づいて前記サーボアンプの前記モータへ供給する電流の最大値を制限することによって、前記モータを制御するコントローラと、を具備するモータの制御システムであって、
前記モータは、低出力モータであり、かつ、作業者の手作業によって操作される作業用ハンドルが設けられるロボットアームに用いられるモータであり、
前記コントローラは、
前記フィードバックされる電流値が所定のしきい値を超えている間、当該電流値の時間積分を行い、当該時間積分値が所定の限界値を超えた場合に、前記最大値を所定の制限値以下に制限し、
前記フィードバックされる電流値が所定のしきい値を超えた後に当該電流値の時間積分を開始するとともに、前記フィードバックされる電流値が前記しきい値を下回った後に、前記時間積分を中断するとともに、
前記フィードバックされる電流値が所定の下限値を下回った場合に、前記時間積分値をゼロにリセットすることを特徴とするモータの制御システム。
【請求項２】
前記所定の制限値は、前記モータの連続定格値であることを特徴とする、請求項１に記載のモータの制御システム。
【請求項３】
サーボアンプにより供給されるモータへの電流値をフィードバック制御するモータの制御方法であって、
前記モータは、低出力モータであり、かつ、作業者の手作業によって操作される作業用ハンドルが設けられるロボットアームに用いられるモータであり、
前記フィードバックされる電流値が所定のしきい値を超えている間、当該電流値の時間積分を行い、当該時間積分値が所定の限界値を超えた場合に、前記サーボアンプの前記モータに供給する電流の最大値を所定の制限値以下に制限し、
前記フィードバックされる電流値が所定のしきい値を超えた後に当該電流値の時間積分を開始するとともに、前記フィードバックされる電流値が前記しきい値を下回った後に、前記時間積分を中断するとともに、
前記フィードバックされる電流値が所定の下限値を下回った場合に、前記時間積分値をゼロにリセットすることを特徴とするモータの制御方法。
【請求項４】
前記所定の制限値は、前記モータの連続定格値であることを特徴とする、請求項３に記載のモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御システムおよびモータの制御方法に関し、より詳細には、モータの過負荷を保護し、かつ、係る過負荷保護時においても当該モータを停止することなく使用可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、組立ライン等の製品製造工程において、ワークの搬送、把持、移動、加工、部品組付等のために、複数のモータが使用されている。このようなモータとして、モータの駆動量が動作指令どおりに制御できるサーボモータ等が利用されている。
また、このようなモータの制御として、モータの出力を制御してモータの過負荷を保護し、不測の運転停止、又はモータの故障等を防止する技術が広く実用化されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された技術は、過負荷時に流れる大電流によって駆動される制止装置を設け、この制止装置によって電源とモータとの通電を遮断するものである。これにより、過負荷時に確実に、かつ短時間にモータ電流を遮断することが可能となる。
しかしながら、過負荷時に遮断される電源とモータとの通電を復帰させる場合に、別途設けられる復帰装置を操作する必要等があり、係る操作のために作業を中断しなければならず、手間がかかるとともに作業時間が長くなる点で不利がある。
【０００４】
また、上記のような問題を解決する手段として、特許文献２に開示された技術は、過負荷の際に一定の条件下で一時的にモータへの通電を休止させて、所定の停止時間経過後に自動的に通電を復帰させるものである。これにより、モータの復帰に係る手間を省くことが可能となる。
しかしながら、特許文献２に記載の技術においても、一定時間モータを休止することにより、作業の中断が発生し、作業時間が長くなる点で不利がある。
【特許文献１】特公昭６２−６４８２号公報
【特許文献１】特開２００７−２５９６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、モータの過負荷を保護しつつ、モータを停止せずに当該モータを用いた作業を継続することが可能なモータの制御システムおよびモータの制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明の第一の態様であるモータの制御システムは、モータと、前記モータに任意の値の電流を供給して回転駆動するサーボアンプと、前記サーボアンプから前記モータを駆動する電流値のフィードバックを受けて、当該フィードバックされる電流値に基づいて前記サーボアンプの前記モータへ供給する電流の最大値を制限することによって、前記モータを制御するコントローラと、を具備するモータの制御システムであって、前記モータは、低出力モータであり、かつ、作業者の手作業によって操作される作業用ハンドルが設けられるロボットアームに用いられるモータであり、前記コントローラは、前記フィードバックされる電流値が所定のしきい値を超えている間、当該電流値の時間積分を行い、当該時間積分値が所定の限界値を超えた場合に、前記最大値を所定の制限値以下に制限し、前記フィードバックされる電流値が所定のしきい値を超えた後に当該電流値の時間積分を開始するとともに、前記フィードバックされる電流値が前記しきい値を下回った後に、前記時間積分を中断するとともに、前記フィードバックされる電流値が所定の下限値を下回った場合に、前記時間積分値をゼロにリセットしたものである。
これによれば、コントローラによってモータが過負荷状態であると判断したときに、当該モータへ供給する電流の最大値を制限するので、モータの過負荷状態から保護できるとともに、前記最大値を制限することによりモータを連続使用することができる。また、モータの過負荷を適切に保護できるので、コントローラがモータの過負荷状態と判断するまでの間のモータの出力を十分に確保できる。
【０００７】
請求項２に記載の発明においては、さらに、前記所定の制限値は、前記モータの連続定格値としたものである。
【０００８】
請求項３に記載の本発明の第二の態様であるモータの制御方法は、サーボアンプにより供給されるモータへの電流値をフィードバック制御するモータの制御方法であって、前記モータは、低出力モータであり、かつ、作業者の手作業によって操作される作業用ハンドルが設けられるロボットアームに用いられるモータであり、前記フィードバックされる電流値が所定のしきい値を超えている間、当該電流値の時間積分を行い、当該時間積分値が所定の限界値を超えた場合に、前記サーボアンプの前記モータに供給する電流の最大値を所定の制限値以下に制限し、前記フィードバックされる電流値が所定のしきい値を超えた後に当該電流値の時間積分を開始するとともに、前記フィードバックされる電流値が前記しきい値を下回った後に、前記時間積分を中断するとともに、前記フィードバックされる電流値が所定の下限値を下回った場合に、前記時間積分値をゼロにリセットにしたものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明においては、さらに、前記所定の制限値は、前記モータの連続定格値としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータの過負荷を保護しつつ、モータを停止することなく当該モータを用いた作業を継続することが可能となり、モータの出力を十分に発揮できるとともに、モータの信頼性を向上できる。
また、本発明に係るモータの制御システムを組立ライン等に設けられるロボットアームに適用すれば、最大出力が８０Ｗ以下のいわゆる低出力モータを使用した場合でも十分な出力を得ることが可能となり、実用性を向上できるとともに、モータの作動に起因する組立ラインの停止が生じないので、組立ラインにおける作業時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、図１〜図２を参照して、本発明に係るモータの制御システムの実施の一形態であるモータの制御システム１（以下、単に「制御システム１」と記す。）について説明する。
制御システム１は、図１に示すように、制御システム１は、モータ１０、サーボアンプ２０、コントローラ３０等を具備し、サーボアンプ２０によってモータ１０へ供給される電流値をフィードバック制御するシステムである。本実施形態における「フィードバック制御」とは、サーボアンプ２０によってモータ１０の制御の状態（つまり、実際にモータ１０を駆動する駆動電流Ｉｄｒｉの値）を確認し、これをコントローラ３０にフィードバックするとともに、コントローラ３０によって前記フィードバックされた制御の状態に基づいてサーボアンプ２０を介してモータ１０を制御する構成のことである。
【００１２】
モータ１０は、本発明に係るモータの実施の一形態であり、サーボモータ、交流モータ、直流モータ、ギヤードモータ、又はステッピングモータ等からなる電動モータである。本実施形態では、エンコーダ（不図示）を内部に具備する最大出力８０Ｗの直流モータを使用している。
図１に示すように、モータ１０はサーボアンプ２０から駆動電流Ｉｄｒｉ（本実施形態では、より厳密には直流電流）の供給を受けて回転駆動されるとともに、前記エンコーダにより検出されるモータ１０の回転数（パルス信号）をサーボアンプ２０に出力する構成である。そして、サーボアンプ２０によって前記エンコーダにより検出されるモータ１０の回転数とモータ１０を駆動している駆動電流Ｉｄｒｉの値との間の関係（つまり、入力と出力との比例関係）により、モータ１０の駆動状態を確認している。
【００１３】
サーボアンプ２０は、本発明に係るサーボアンプの実施の一形態であり、その内部にＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器（ともに不図示）等を具備する。前記Ｄ／Ａ変換器を介してコントローラ３０から伝送されてくる出力信号Ｐｍａｘを最大電流Ｉｍａｘに変換し、最大電流Ｉｍａｘ以下の駆動電流Ｉｄｒｉをモータ１０に供給するとともに、前記Ａ／Ｄ変換器を介して実際にモータ１０を駆動した駆動電流Ｉｄｒｉの値を入力信号Ｐｄｒｉに変換してコントローラ３０にフィードバックする機能を有するものである。また、サーボアンプ２０には所定の電圧を有する電源（不図示）が接続されており、サーボアンプ２０はこの電源からの交流電流を直流電流に変換するとともにコントローラ３０からの出力信号Ｐｍａｘに応じた最大電流Ｉｍａｘ以下に制御して、モータ１０に駆動電流Ｉｄｒｉを供給する構成である。
以上のように、サーボアンプ２０は、モータ１０に供給する電流の最大値として出力信号Ｐｍａｘの指令をコントローラ３０から受け取るとともに、前記電源からの電流を駆動電流Ｉｄｒｉに変換してモータ１０に供給するものである。
【００１４】
コントローラ３０は、本発明に係るコントローラの実施の一形態であり、サーボアンプ２０からモータ１０へ供給される駆動電流Ｉｄｒｉを最大電流Ｉｍａｘ以下に制限するための出力信号Ｐｍａｘを伝送するとともに、サーボアンプ２０から駆動電流Ｉｄｒｉのフィードバック（入力信号Ｐｄｒｉの入力）を受け、この駆動電流Ｉｄｒｉに基づいて、モータ１０の最大電流Ｉｍａｘを随時決定し、出力信号Ｐｍａｘを連続的にサーボアンプ２０に伝送することにより、サーボアンプ２０を介してモータ１０をフィードバック制御するものである。
本実施形態では、図１に示すように、コントローラ３０は、サーボアンプ２０に出力信号Ｐｍａｘを伝送し、モータ１０の最大電流Ｉｍａｘを決定する。サーボアンプ２０は、この最大電流Ｉｍａｘを超えない駆動電流Ｉｄｒｉをモータ１０に供給して回転駆動する。そして、サーボアンプ２０より駆動電流Ｉｄｒｉとして（より厳密には、サーボアンプ２０内のＡ／Ｄ変換器を介して、）入力信号Ｐｄｒｉがコントローラ３０に入力される構成である。
【００１５】
以上のように、本実施形態に係る制御システム１は、モータ１０と、サーボアンプ２０と、コントローラ３０とを具備し、サーボアンプ２０は、モータ１０に駆動電流Ｉｄｒｉを供給して回転駆動し、コントローラ３０は、サーボアンプ２０からモータ１０を回転駆動する駆動電流Ｉｄｒｉの値のフィードバックを受けて、この駆動電流Ｉｄｒｉの値に基づいてモータ１０をフィードバック制御するものである。
【００１６】
以下では、図２〜図４を参照して、本発明に係るモータの制御システムの一形態として、ロボットアーム１１０を具備する組立ライン１００にモータ１０を用いた場合における、モータ１０の制御システム１について説明する。
【００１７】
図２に示すように、本実施形態のモータ１０は、自動車の車体を組み立てる組立ライン１００に設けられるロボットアーム１１０のアクチュエータとして用いられている。また、組立ライン１００は、モータ１０と同時にサーボアンプ２０、コントローラ３０（ともに図２においては不図示）等を備える。すなわち、組立ライン１００は制御システム１を具備するものである。
図２に示すように、ロボットアーム１１０は、車体１２０にウインドガラス１３０を組み付ける作業を補助するための多関節のロボットアームであり、モータ１０を駆動させることによって前記各関節の角度を調整し、ロボットアーム１１０を作動する構成である。また、ロボットアーム１１０の先端部には、ウインドガラス１３０を吸着して保持するための吸着装置１４０が設けられ、この吸着装置１４０近傍には作業用ハンドル１５０がウインドガラス１３０より側方に突出して設けられる。
このように構成される組立ライン１００において、車体１２０にウインドガラス１３０を組み付ける際には、作業者の手作業によって作業用ハンドル１５０を操作し、ロボットアーム１１０を作動させることによって作業を行うものである。
【００１８】
組立ライン１００において、車体１２０にウインドガラス１３０を組み付ける際のモータ１０の駆動電流Ｉｄｒｉの変動は、例えば図３（ａ）に示すマップ２００としてコントロ−ラ３０に記憶されていく。マップ２００は、作業時間Ｔ（ｓ）におけるモータ１０の駆動電流Ｉｄｒｉ（Ａ）の変動を示すマップである。
より具体的には、マップ２００は、図３（ａ）に示すように、以下の（１）〜（４）の工程に係る駆動電流Ｉｄｒｉの値の変動を示している。すなわち、（１）ウインドガラス１３０を車体１２０近傍まで近づけるために、ロボットアーム１１０を所定の位置まで操作し、（２）前記所定の位置にて所定時間ロボットアーム１１０を停止させ、（３）ウインドガラス１３０を車体１２０の所定箇所に組み付け、（４）次のサイクルへ移行する際の駆動電流Ｉｄｒｉの値の変動を示すものである。
また、図３（ｂ）に示すように、コントローラ３０はマップ２００と同時に、マップ２００に応じて作成されるマップ３００を記憶する。マップ３００は、作業時間Ｔ（ｓ）と、マップ２００において駆動電流Ｉｄｒｉが所定のしきい値Ｉｈｉｇｈ以上となったときの、駆動電流Ｉｄｒｉ（Ａ）を作業時間Ｔ（ｓ）にて積分した時間積分値Ａｓ（Ａ・ｓ）との関係を示すマップである。
【００１９】
以下では、上記（１）〜（４）の工程中におけるコントローラ３０による制御フローについて図４を参照して説明する。
図４に示すように、駆動電流Ｉｄｒｉが所定のしきい値Ｉｈｉｇｈを超えたかどうかを判断する（Ｓ１００）。駆動電流Ｉｄｒｉがしきい値Ｉｈｉｇｈを超えたと判断した場合は（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、つまり、サーボアンプ２０からの入力信号Ｐｄｒｉが所定のしきい値Ｐｈｉｇｈを超えたと判断した場合は、駆動電流Ｉｄｒｉが所定の下限値Ｉｒｅｌより大きいかどうかを判断する（Ｓ１１０）。また、駆動電流Ｉｄｒｉがしきい値Ｉｈｉｇｈ以下と判断した場合は（Ｓ１００：Ｎｏ）、再度、駆動電流Ｉｄｒｉとしきい値Ｉｈｉｇｈとを比較し、駆動電流Ｉｄｒｉがしきい値Ｉｈｉｇｈを超えたと判断するまでこれ以降のステップには移行しない。
駆動電流Ｉｄｒｉが下限値Ｉｒｅｌより大きいと判断した場合は（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、コントローラ３０は、駆動電流Ｉｄｒｉの前記しきい値Ｉｈｉｇｈを超えた部分の時間積分（本実施形態では、図３（ａ）中の斜線で示す部分の面積の演算であり、図３（ｂ）に示すマップ３００としてコントローラ３０に記憶される。）を開始する（Ｓ１２０）。
また、駆動電流Ｉｄｒｉが下限値Ｉｒｅｌ以下と判断した場合は（Ｓ１１０：Ｎｏ）、時間積分値Ａｓをゼロにリセットする（Ｓ１５０）。
続いて、この時間積分値Ａｓが所定の限界値Ａｓｈｉｇｈを超えたかどうかを判断する（Ｓ１３０）。時間積分値Ａｓが限界値Ａｓｈｉｇｈを超えたと判断した場合は（Ｓ１３０：Ｙｅｓ）、サーボアンプ２０からモータ１０に供給する駆動電流Ｉｄｒｉの最大電流Ｉｍａｘを所定の制限値Ｉｌｉｍ以下に制限する（Ｓ１４０）。
一方、時間積分値Ａｓが限界値Ａｓｈｉｇｈ以下と判断した場合は（Ｓ１３０：Ｎｏ）、再度駆動電流Ｉｄｒｉが所定の下限値Ｉｒｅｌより大きいかどうかを判断し（Ｓ１１０）、駆動電流Ｉｄｒｉがまだしきい値Ｉｈｉｇｈをよりも大きいと判断した場合は（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、（駆動電流Ｉｄｒｉが所定の下限値Ｉｒｅｌより大きいかどうかの判断（Ｓ１１０）を行った上で）駆動電流Ｉｄｒｉの時間積分を継続する（Ｓ１２０）。
また、駆動電流Ｉｄｒｉがしきい値Ｉｈｉｇｈ以下となっていたときには、駆動電流Ｉｄｒｉの時間積分は行われず、再度駆動電流Ｉｄｒｉがしきい値Ｉｈｉｇｈを超えたと判断するまでこれ以降のステップには移行しない。すなわち、駆動電流Ｉｄｒｉの時間積分を停止する。
【００２０】
本実施形態では、モータ１０の制御における制限開始条件であるしきい値Ｉｈｉｇｈは、モータ１０の連続定格電流Ｉｃｏｎより小さい値（例えば、連続定格電流Ｉｃｏｎの８０％程度）として設定され、コントローラ３０に予め記憶されており、モータ１０の制御における制限解除条件である下限値Ｉｒｅｌは、連続定格電流Ｉｃｏｎより十分に小さい値（例えば、連続定格電流Ｉｃｏｎの４０％程度）として設定され、コントローラ３０に予め記憶されている。また、制限値Ｉｌｉｍは、連続定格電流Ｉｃｏｎに設定され、コントローラ３０に予め記憶されている。
また、時間積分値Ａｓの限界値Ａｓｈｉｇｈは、モータ１０の負荷率（つまり、モータ１０を駆動する駆動電流Ｉｄｒｉ（Ａ））と作業時間Ｔ（ｓ）との関係を示すマップ４００における連続使用可能時間（本実施形態では、図５に示す斜線部分の面積（Ａ・ｓ））の一例として積算され、予めコントローラ３０に記憶されている。
【００２１】
なお、本発明に係るしきい値は、本実施形態のしきい値Ｉｈｉｇｈに限定されず、使用するモータの特性等に応じて適宜変更しても良く、例えば前記使用するモータの連続定格電流よりも大きい値としても良い。
また、本発明に係る下限値は、本実施形態の下限値Ｉｒｅｌに限定されず、使用するモータの特性等に応じて適宜変更しても良く、モータの使用サイクルを繰り返すに際して、当該モータを駆動する電流の最小値よりも大きい値であれば良い。
また、本発明に係る制限値は、本実施形態の制限値Ｉｌｉｍに限定されず、使用するモータの特性等に応じて適宜変更しても良く、例えば前記使用するモータの連続使用時間等を考慮して値を設定しても良い。
また、本発明に係る限界値Ａｓｈｉｇｈは、本実施形態の限界値Ａｓｈｉｇｈに限定されず、使用するモータの特性等に応じて適宜変更しても良く、例えば前記使用するモータの負荷率と動作時間との関係に応じて値を設定しても良い。
【００２２】
以上のように、本発明に係るモータの制御システムの実施の一形態である制御システム１において、コントローラ３０は、駆動電流Ｉｄｒｉがしきい値Ｉｈｉｇｈを超えたと判断した後に、駆動電流Ｉｄｒｉの時間積分を開始し、この時間積分値Ａｓが所定の限界値Ａｓｈｉｇｈを超えた場合に、モータ１０は過負荷状態であると判断し、サーボアンプ２０からモータ１０に供給する電流値Ｉの最大電流Ｉｍａｘを所定の制限値Ｉｌｉｍ以下に制限することによりモータ１０の過負荷状態を回避するものである。
これによれば、モータ１０を駆動する駆動電流Ｉｄｒｉをコントローラ３０にフィードバックしてこの時間積分値Ａｓを評価することによる簡易な方法にて、モータ１０の過負荷状態を検出し、モータ１０の最大電流Ｉｍａｘを制限して係る過負荷状態を回避しつつ、モータ１０の連続駆動を実現できる。また、駆動電流Ｉｄｒｉの最大電流Ｉｍａｘを制限値Ｉｌｉｍに制限するまでの間に最大電流Ｉｍａｘを高く設定でき、モータ１０の出力を担保できる。さらには、本実施形態に係る制御システム１は、コントローラ３０による制御方法を変更することによって既存のサーボアンプ２０及びモータ１０に対して適用可能であるので、新たなサーボアンプ、モータ等を導入するコストを削減できるという利点もある。
また、本実施形態におけるモータ１０は、最大出力８０Ｗ以下のいわゆる低出力モータであるが、上述のように十分な出力を担保できるので、例えば本実施形態のように作業者が介在する組立ライン１００等へのモータ１０の適用が実現され、モータ１０の実用性が向上する。
また、本実施形態におけるロボットアーム１１０は、最大出力８０Ｗ以下、かつ、駆動軸を一軸としたアクチュエータとしてモータ１０を用いているので、いわゆる産業用ロボットには該当せず、作業者が介在することが可能となり、モータ１０の実用性が向上する。
【００２３】
また、本発明に係るモータの制御システムの実施の一形態である制御システム１においては、さらに、駆動電流Ｉｄｒｉがしきい値Ｉｈｉｇｈを下回った場合に、前記時間積分を中断するものである。
これによれば、モータ１０が過負荷状態と判断されるまでの出力を十分に確保することが可能となる。
【００２４】
また、本発明に係るモータの制御システムの実施の一形態である制御システム１においては、さらに、駆動電流Ｉｄｒｉが所定の下限値Ｉｒｅｌを下回った場合に、時間積分値Ａｓをゼロにリセットするものである。
これによれば、モータ１０の過負荷状態をより適切に判断することが可能となり、モータ１０を使用している最中に急に停止することがなく、モータ１０の信頼性を向上できる。
【００２５】
また、本発明に係るモータの制御システムの実施の一形態である制御システム１においては、さらに、所定の制限値Ｉｌｉｍは、モータ１０の連続定格電流Ｉｃｏｎとするものである。
これによれば、モータ１０の出力をより確実に保証することができるとともに、モータ１０の連続使用時間をより確実に保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るモータの制御システムの実施の一形態を示すブロック図。
【図２】本発明に係るモータの制御システムの実施の一形態を示す模式図。
【図３】本発明に係るモータの制御システムにおける制御方法の実施の一形態を示すマップ。
【図４】本発明に係るモータの制御システムにおける制御方法の実施の一形態を示すフロー図。
【図５】本発明に係るモータの実施の一形態の動作時間と負荷率との関係を示すマップ。
【符号の説明】
【００２７】
１      モータの制御システム
１０    モータ
２０    サーボアンプ
３０    コントローラ
Ｉｄｒｉ  駆動電流（モータを駆動する電流値）
Ｉｈｉｇｈ  しきい値
Ｉｒｅｌ  下限値
Ａｓ    時間積分値
Ａｓｈｉｇｈ  限界値
【図１】
0005210662.tif 000002
【図２】
0005210662.tif 000003
【図３】
0005210662.tif 000004
【図４】
0005210662.tif 000005
【図５】
0005210662.tif 000006