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技術 ロボット

出願人 株式会社デンソー
発明者 小島正年
出願日 2000年11月8日 (20年3ヶ月経過) 出願番号 2000-340496
公開日 2002年5月21日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2002-144277
状態 拒絶査定
技術分野 マニプレータ マニプレータ・ロボット マニプレータの制御、安全及び主従型のもの
主要キーワード 使用許容温度 検出温度データ パラレルデータ伝送 温度上昇度 温度検出データ 多関節型アーム 軸アーム 固定動作
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年5月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

位置検出器素子発熱からの保護を良好に図りながらも、モータトルクを十分に引出す

解決手段

ロボットアームを駆動するサーボモータ付設されたエンコーダに、該エンコーダの温度を直接的に検出する温度センサを設ける。温度センサの検出信号は、エンコーダからシリアルデータ伝送により出力され、通常時には、エンコーダから検出温度データが出力され、検出温度限界値(例えば90℃)を越えたときには、アラーム信号が出力される。ロボットコントローラは、温度センサの検出信号を監視し、アラーム信号が入力されたとき(S1;Y)、及び、温度検出データから温度上昇度合を推定しその推定温度設定値を越えると判断された場合には(S2,S3,S4;Y)、サーボモータ(ロボット本体)を停止し(S5)、エラー発生の処理を行う(S6)。

概要

背景

概要

位置検出器素子発熱からの保護を良好に図りながらも、モータトルクを十分に引出す

ロボットアームを駆動するサーボモータ付設されたエンコーダに、該エンコーダの温度を直接的に検出する温度センサを設ける。温度センサの検出信号は、エンコーダからシリアルデータ伝送により出力され、通常時には、エンコーダから検出温度データが出力され、検出温度限界値(例えば90℃)を越えたときには、アラーム信号が出力される。ロボットコントローラは、温度センサの検出信号を監視し、アラーム信号が入力されたとき(S1;Y)、及び、温度検出データから温度上昇度合を推定しその推定温度設定値を越えると判断された場合には(S2,S3,S4;Y)、サーボモータ(ロボット本体)を停止し(S5)、エラー発生の処理を行う(S6)。

目的

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、位置検出器の素子の発熱からの保護を良好に図ることができながらも、モータのトルクを十分に引出すことができるロボットを提供するにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ロボットアームモータにより駆動するロボット本体と、前記モータに付設された位置検出器からの位置検出信号に基づいて該モータの動作を制御する制御装置とを備えるロボットにおいて、前記位置検出器に該位置検出器内の温度を直接的に検出する温度センサを設けると共に、前記制御装置は、前記温度センサの検出信号に基づいて前記モータの動作を制限するように構成されていることを特徴とするロボット。

請求項2

前記温度センサの検出信号は、前記位置検出器から位置検出信号と共にシリアルデータ伝送により前記制御装置へ出力されることを特徴とする請求項1記載のロボット。

請求項3

前記温度センサの検出温度限界値を越えたときに、前記位置検出器からアラーム信号として出力され、前記制御装置は、前記アラーム信号に基づいて前記モータを停止させることを特徴とする請求項2記載のロボット。

請求項4

前記温度センサの検出温度データが前記位置検出器から出力され、前記制御装置は、前記検出温度データに基づいて温度上昇度合を推定し、その推定結果が設定値を越えるときに前記モータを減速あるいは停止させることを特徴とする請求項2又は3記載のロボット。

技術分野

0001

本発明は、ロボットアームを駆動するモータ付設された位置検出器からの位置検出信号に基づいて該モータの動作を制御する制御装置を備えるロボットに関する。

発明が解決しようとする課題

0002

例えば産業用多関節型ロボットにおいては、多関節型アームからなるロボット本体に、各軸(アーム)を駆動するためのモータ(エンコーダ付きサーボモータ)を内蔵し、その駆動力を例えば関節部に設けられた減速機等の回転伝達機構を介してアームに伝達するようになっている。また、前記各軸のモータは、メインCPUや複数のサーボドライブ部分から構成されるロボットコントローラにより駆動制御されるようになっている。

0003

ところで、この種のロボットにあっては、比較的熱に弱いエンコーダ素子等の保護を図る必要がある。例えば特開平4−256595号公報には、モータの駆動力の一部を用いてファン回転駆動し、位置検出器に向けて送風して位置検出器を冷却しようとした技術が示されている。しかしながら、これでは、モータのエネルギーのロスを招くと共に、ファンを付加する必要があってロボット本体の構成が複雑化,大形化するといった不具合があり、さらには、ファンの冷却能力発熱が上回ると、素子の保護が図られなくなり、信頼性に劣るものとなっていた。

0004

そこで、各軸のモータへの出力電流値積算値から該モータの温度上昇度合を推定し、各軸のモータの周辺の温度が、エンコーダの素子等の使用許容温度(例えば90℃)を越えないように、ロボット本体の動作を制限する制御が行なわれていた。ところが、このような温度上昇度合の推定による制御においては、実際のロボット本体の使用環境温度相違がある、及び、ユーザによりロボット本体の動作のさせ方が自在に設定されるといった事情により、十分な安全率を見込んだ余裕をもった制御が行われるため、モータのトルクが十分に引出せない不具合がある。

0005

すなわち、ユーザにおけるロボット本体の使用環境温度は、10℃のところもあれば30℃のところもあるといったように、位置検出器の使用許容温度までに差がある事情がある。ロボット本体は、使用環境温度が例えば0℃〜40℃の範囲を想定して設計されており、このとき、環境温度が40℃となることはごく希であるにもかかわらず、環境温度が40℃の場合でも対応できるように、温度上昇度合が50deg となったときにモータを停止させるようになっている。このため、実際の環境温度が例えば20℃の場合でも、安全率を見込んで、温度上昇度合が50deg つまり位置検出器周辺の温度が70℃となったところでモータが停止されてしまうことになる。

0006

また、近年では、上記の事情に加えて、減速機の大形化が図られてきており、モータ周辺の温度上昇要因として、モータ自体の発熱だけでなく、モータの高速動作時の減速機のオイルシール部分などの摺動部における発熱が大きくなってきている事情がある。この場合、減速機部分の発熱も含めた温度上昇度合の推定を行う必要があるが、モータの発熱が加減速時に大きく、等速時にはさほど発熱しないのに対し、減速機は回転数が高いときに発熱しやすいものとなっているといったように、モータの発熱及び減速機の発熱の双方に起因する温度上昇度合は、ロボット本体(ロボットアーム)の動作のさせ方にも依存するものとなる。

0007

このとき、モータの発熱及び減速機の発熱の双方を併せた温度上昇度合の推定は、モータの速度及び加速度に基づいて行われることになるが、ロボットアームが固定動作する場合には、まだ温度上昇度合の推定の正確性も確保できるが、ロボットアームの動作のさせ方はユーザが自在に設定することが通常であるため、そこにも安全係数が必要となってくる。その結果、上記した環境温度による安全率と合せて、いわば二重に安全率を見込まなくてはならず、モータのトルクを十分に引出すといった点からは、かなり不利なものとなっていた。

0008

尚、モータ部分温度センサを配設して実際のモータの周辺の温度を検出するといったことも考えられるが、単純に温度センサを付加する構成では、配線を含めた構成の複雑化を招く虞があり、現実に採用されるには至っていなかった。

0009

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、位置検出器の素子の発熱からの保護を良好に図ることができながらも、モータのトルクを十分に引出すことができるロボットを提供するにある。

課題を解決するための手段

0010

上記目的を達成するために、本発明のロボットは、ロボットアームを駆動するモータに付設された位置検出器に、該位置検出器内の温度を直接的に検出する温度センサを設けると共に、制御装置を、前記温度センサの検出信号に基づいてモータの動作を制限するように構成したものである(請求項1の発明)。これによれば、温度センサにより位置検出器内の温度が直接的に検出されるので、モータの電流値から温度上昇度合を推定しそれに基づいてモータの動作の制限をするものではなく、また、発熱の要因が複数あろうと関係なく温度を検出でき、制御装置により、その検出信号に基づいてモータを制御することができる。

0011

従って、モータ及び減速機の発熱による位置検出器部分の温度上昇度合を推定するものと異なり、環境温度の相違を考慮したり、ロボットアームの動作のさせ方を考慮する必要なく、つまり安全率を大きく見込む必要なく、位置検出器の素子の使用許容温度内でモータを駆動制御することができる。この結果、位置検出器の素子の発熱からの保護を良好に図ることができながらも、モータのトルクを十分に引出すことが可能となるという優れた効果を得ることができる。

0012

ところで、上記のように位置検出器に温度センサを設け、その検出信号を制御装置に出力する場合、単純に温度センサを付加するものでは、配線等が多くなってしまう事情がある。これに対し、温度センサの検出信号を、位置検出器から位置検出信号と共にシリアルデータ伝送により制御装置へ出力させる構成とすれば(請求項2の発明)、配線を増やす必要もなく、温度センサの検出信号を制御装置へ出力させるための構成を簡易に実現することができる。

0013

また、この場合、温度センサの検出温度限界値を越えたときに、位置検出器からアラーム信号を出力する構成とし、制御装置を、そのアラーム信号に基づいてモータを停止させるような構成とすることができる(請求項3の発明)。これによれば、例えばロボット本体の使用環境温度が急激に上昇したような異常事態が発生した場合にも速やかに対応でき、位置検出器の素子の発熱からの保護を図りながら、モータのトルクを十分に引出すことができるようになる。

0014

あるいは、温度センサの検出温度データを位置検出器から出力させ、制御装置が、その検出温度データに基づいて温度上昇度合を推定し、その推定結果が設定値を越えるときにモータを減速あるいは停止するように構成することもできる(請求項4の発明)。これにより、位置検出器部分の温度が使用許容温度の上限値に近付いたところで、前もって対処を行うことができ、安全性をより高めることができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、図2は本実施例に係るロボット1の外観構成を示しており、このロボット1は、例えば組立用水平多関節型ロボットからなるロボット本体2に、マイコン等から構成される制御装置たるロボットコントローラ3をケーブルにより接続して構成されている。尚、図示はしないが、前記ロボットコントローラ3には、必要に応じて、教示や手動操作を行うためのティーチングペンダントプログラムデータ入力用のパソコンカメラモニタを備える視覚装置等も接続されるようになっている。

0016

前記ロボット本体2は、ベース4上に多関節型のロボットアームを備えて構成されると共に、それらアーム(各軸)を駆動するモータたるサーボモータを備えて構成される。即ち、前記ベース4の上端部には、第1アーム5の基端側が水平旋回可能に接続され、この第1アーム5の先端側には、第2アーム6の基端側が水平旋回可能に接続され、この第2アーム6の先端部には、Z軸アーム7が上下動可能に設けられている。さらに、前記Z軸アーム7の先端部(下端部)にはフランジ部8が垂直軸回り同軸回転可能に設けられ、このフランジ部8に、図示しないハンド等のツールが取付けられるようになっている。

0017

また、前記第1アーム5は、ベース4に取付けられたサーボモータ9により、図示しない減速機やベルト伝達機構を介して駆動されるようになっており、前記第2アーム6は、第1アーム5に取付けられたサーボモータ10により、図示しない減速機を介して駆動されるようになっている。さらに、前記Z軸アーム7は、第2アーム6内に組込まれた図示しないサーボモータにより上下駆動されるようになっており、前記フランジ部8は、第2アーム6の先端部に設けられたサーボモータ11により回転駆動されるようになっている。尚、Z軸アーム7部分には、ワーク把持時の重量バランスをとるためのエアシリンダ12も設けられている。

0018

そして、前記各サーボモータ9,10,11には、図3にサーボモータ9を代表して示すように、位置検出器たるエンコーダ(ロータリエンコーダ)13が付設されている。周知のように、このエンコーダ13は、モータ9のフレーム後端側に取付けられるケース14内に、モータ9のシャフト9aと一体回転されスリットを有する回転板15を設けると共に、その回転板15を挟んでLED16及びアレイ状フォトダイオード17を対向させるように設けて構成され、そのうちフォトダイオード17は、図示しない信号処理回路等を設けたリング状をなす回路基板18に取付けられている。

0019

これにて、エンコーダ13は、サーボモータ9の位置検出信号(A,B,Z信号)を出力するのであるが、このとき、本実施例では、図4(a)に示すように、それら位置検出信号をシリアルデータ伝送により、前記ロボットコントローラ3に向けて出力するようになっている。従って、エンコーダ13には、電源ライン及びGNDラインの他に、シリアルデータ信号を送信する2本の信号線が接続されている。他のサーボモータ10,11等についても、同様のエンコーダ13が設けられている。

0020

前記ロボットコントローラ3は、詳しく図示はしないが、メインCPUや複数のサーボドライブ部分等を備え、動作プログラム教示データに基づいて、前記サーボモータ9,10,11等を制御し、もってロボット本体2を動作させて所定の作業(組立作業等)を実行させるようになっている。このとき、ロボットコントローラ3には、前記各エンコーダ13の位置検出信号が入力されてフィードバック制御が行われるようになっている。

0021

さて、本実施例では、図3に示すように、前記各エンコーダ13には、該エンコーダ13の温度を直接的に検出する温度センサ19が、前記回路基板18に実装されて設けられている。そして、回路基板18には、温度センサ19の検出信号を処理する信号処理回路が設けられており、エンコーダ13からは、その温度検出信号が、前記位置検出信号と共にシリアルデータ伝送により出力されるようになっている。またここでは、通常時(温度センサ19の検出温度が限界値以下のとき)には、温度検出信号として検出温度データが例えば所定のサンプリング時間間隔で出力され、温度センサ19の検出温度が限界値(例えば90℃)を越えたときには、アラーム信号が出力されるようになっている。

0022

そして、後の作用説明にて述べるように、前記ロボットコントローラ3は、そのソフトウエア構成により、各エンコーダ13から出力される温度センサ19の検出信号を監視し、その検出信号に基づいて各サーボモータ9〜11の動作を制御するように構成されている。より具体的には、いずれかのエンコーダ13からアラーム信号が出力されたときには、即座に全てのサーボモータ9〜11の駆動を停止させ、ロボット本体2の動作を停止させるようになっている。

0023

また、通常時には、エンコーダ13から出力された検出温度データをサンプリングし、その温度の変化度合から所定時間(例えば1時間)後の上昇温度度合を推定し、その推定結果が設定値(例えば限界値と同等の90℃)を越えると判断したときにも、全てのサーボモータ9〜11の駆動を停止させ、ロボット本体2の動作を停止させるようになっている。

0024

次に、上記構成の作用について、図1も参照して述べる。上述したロボット本体2の各軸アーム5〜7等は、ロボットコントローラ3により各軸のサーボモータ9〜11等が駆動制御されることにより、所定の作業プログラムに従って動作し、各種の作業を実行する。その際、ロボットコントローラ3は、各サーボモータ9〜11のエンコーダ13から出力される位置検出信号に基づいてフィードバック制御を行う。

0025

しかして、ロボット本体2の動作に伴い、サーボモータ9〜11の発熱や、回転伝達機構部分(減速機のオイルシール部分などの摺動部)の発熱により、サーボモータ9〜11の周辺温度が上昇する事情があり、特にエンコーダ13においては、比較的熱に弱い素子等が組込まれていることから、その素子の使用許容温度を越えないようにしながら使用する必要がある。そこで、本実施例では、ロボットコントローラ3は、各エンコーダ13内に設けられた温度センサ19の検出信号に基づいてサーボモータ9〜11を制御するようになっている。

0026

図1フローチャートは、その際にロボットコントローラ3が実行する処理の手順を示している。即ち、上述のように、通常時(温度センサ19の検出温度が限界値以下のとき)には、エンコーダ13からは、温度検出信号として検出温度データが出力され、温度センサ19の検出温度が限界値(例えば90℃)を越えたときには、アラーム信号が出力されるのであるが、まず、ステップS1では、エンコーダ13からアラーム信号が入力されたかどうかが判断される。アラーム信号が出力されない場合には(No)、次のステップS2にて、検出温度データの入力が判断される。

0027

温度検出データの入力があった場合には(ステップS2にてYes)、ステップS3にて、温度上昇度合の推定がなされる。そして、ステップS4では、推定温度が設定値を越えるかどうかが判断される。推定温度が設定値を越えていない場合には(ステップS4にてNo)、さほどの温度上昇がない(温度上昇度合も低い)ものとして、ステップS1からの処理を繰返す。

0028

これに対し、推定温度が設定値を越えるときには(ステップS4にてYes)、このままロボット本体2を動作し続ければ、エンコーダ13部分が使用許容温度を越えてしまう虞があると判断できるので、次のステップS5にて、サーボモータ9〜11が停止される。この場合、各エンコーダ13のうちひとつでも推定温度が設定値を越えると判断されれば、ロボット本体2全体の動作が停止される。また、これと共に、警報等のエラー発生の処理がなされ、オペレータ等に報知される(ステップS6)。

0029

一方、例えばロボット本体2の使用環境温度が突発的な要因により急激に上昇した場合等にあっては、温度センサ19の検出温度がいきなり限界値を越えてしまうこともある。このような場合には、エンコーダ13からアラーム信号が出力され(ステップS1にてYes)、上記と同様に、サーボモータ9〜11(ロボット本体2)が停止され(ステップS5)、エラー発生の処理がなされる(ステップS6)。

0030

これにより、温度センサ19によりエンコーダ13内の温度が直接的に検出され、ロボットコントローラ3は、その温度センサ19の検出信号に基づいてサーボモータ9〜11を制御(停止)するので、エンコーダ13部分が使用許容温度を越えてしまうことを未然に防止でき、サーボモータ9〜11や減速機などの発熱からのエンコーダ13の素子等の保護を効果的に行うことができる。

0031

このとき、従来のようなモータの電流値や回転速度からモータ及び減速機の発熱による位置検出器部分の温度上昇度合を推定しその温度上昇度合に基づいてモータの動作の制限をするものと異なり、いわば絶対的な温度を検出するので、環境温度の相違を考慮する必要がなく、これと共に、発熱の要因に関係なく温度を検出できるので、ロボットアームの動作のさせ方を考慮する必要もない。このため、大きな安全率(余裕)を見込む必要なく、エンコーダ13の素子の使用許容温度内でサーボモータ9〜11を駆動制御することができるのである。

0032

また、従来では、位置検出器(エンコーダ)の位置検出信号は、パラレルデータ伝送によりコントローラに出力される構成であったが、サーボモータやエンコーダ13に単純に温度センサ19を付加する構成では、図4(b)に示すように、配線の本数が徒に多くなってしまい構成の複雑化を招いてしまう。ところが、本実施例では、温度センサ19の検出信号を、エンコーダ13から位置検出信号と共にシリアルデータ伝送により出力させる構成としたので、配線を増やす必要もなく、構成を簡単に済ませることができるものである。

0033

このように本実施例によれば、エンコーダ13の素子の発熱からの保護を良好に図ることができながらも、サーボモータ9〜11のトルクを十分に引出すことが可能となるという優れた効果を奏する。また、特に本実施例では、温度センサ19の検出温度が限界値を越えたときに、アラーム信号を出力させてサーボモータ9〜11を停止させると共に、温度センサ19の検出温度データに基づいてエンコーダ13部分の温度上昇度合を推定し、その推定結果が設定値を越えるときにサーボモータ9〜11を停止させるという、いわば2種類の制御を並行して行うようにしたので、より一層安全性を高めることができるものである。

0034

尚、上記実施例では、温度センサ19の検出温度データに基づいてエンコーダ13部分の温度上昇度合を推定し、その推定結果が設定値を越えるときにサーボモータ9〜11を停止させる構成としたが、エンコーダ13の素子等を発熱から保護するための手段としては、サーボモータ9〜11を減速させる構成とすることもできる。また、上記実施例では、上記した検出温度データに基づく温度上昇度合の推定と、アラーム信号による制御とのいわば2種類の制御を行うようにしたが、いずれか一方の制御を行う構成としても良い。

0035

その他、位置検出器としてはロータリエンコーダに限らず各種のものを採用することができ、また、水平多関節型ロボットに限らず、モータによりロボットアームを駆動する各種のロボットに適用することができる等、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

図面の簡単な説明

0036

図1本発明の一実施例を示すもので、温度センサの検出信号に基づく制御の様子を示すフローチャート
図2ロボットの外観を示す斜視図
図3エンコーダに対する温度センサの取付状態を示す断面図
図4シリアルデータ伝送の場合(a)の配線の様子をパラレルデータ伝送の場合(b)と比較して示す図

--

0037

図面中、1はロボット、2はロボット本体、3はロボットコントローラ(制御装置)、5〜8はロボットアーム、9〜11はサーボモータ(モータ)、13はエンコーダ(位置検出器)、19は温度センサを示す。

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