机器人的控制方法及控制装置与流程

本发明涉及一种由马达驱动并且具有电磁制动器的机器人的控制方法、以及控制这种机器人的控制装置。

背景技术：

1、在机器人中，驱动各轴的马达根据对该轴的位置指令进行伺服控制。为了防止在对机器人的供电被切断时、没有进行伺服控制而导致马达没有被驱动时等机器人手臂移动或掉落以确保安全，对马达轴安装电磁制动器。设置在机器人上的电磁制动器一般是无励磁动作型的，构成为在对电磁制动器通电时制动器成为解除(释放)状态，当通电切断时，例如通过锁定马达轴等使制动器动作。

2、考虑使机器人动作而对各轴的马达进行伺服控制的情况。此时，各轴的电磁制动器为解除状态，电磁制动器产生功耗。在机器人的轴中，在机器人中使臂在上下方向(垂直方向)上移动的轴(多称为升降轴或z轴)等施加重力负荷的轴需要支撑臂等的重量，因此，即使在不使该轴旋转而保持臂的情况下，即，即使在对该轴的位置指令值没有变化的情况下，也需要对该轴的马达通电而产生转矩，会产生功耗。当马达产生的转矩不足以支撑臂的重量时，臂将会掉落。结果，在施加重力负荷的轴中，即使控制该轴使其不旋转时，该轴的马达也会产生转矩，并且为了将电磁制动器维持在解除状态，会产生较大的功耗。另外，由于施加有重力负荷的轴的马达需要流过大电流而始终产生转矩，因此，该马达连接的布线也需要变粗。

3、作为解决尽管不使轴旋转但马达和电磁制动器双方都产生功耗这一课题的技术，专利文献1公开了如下技术：每当机器人的动作停止时使计时器启动，在产生下一个移动指令之前计时器的值超过规定的设定时间时使制动器动作，切断伺服电源，在下一个移动指令产生后连接伺服电源，解除制动器。专利文献2公开了一种机器人，其采用通过预先设定的一系列动作命令，依次执行臂的移动和停止的方式，其中，逐次检测臂的停止时刻和接着该停止时刻的移动开始时刻之间的停止期间，在检测出的停止期间，切断向伺服马达提供的电流的至少一部分，并且使制动器动作。同样，在专利文献3、4中也记载了检测待机状态或不使轴旋转的状态而使制动器动作，切断向驱动马达的伺服驱动器提供的电源。

4、专利文献5公开了如下内容：监视被施加重力负荷并且由带减速器的马达驱动的轴是否停止了规定时间以上，在停止了规定时间以上的情况下，维持伺服状态不变地使驱动该轴的马达的制动器动作，之后，使该马达向与负荷方向相反的方向以比制动器的制动力大的转矩进行微小旋转，维持使制动器动作的状态直到下一个动作为止，从而减轻施加给马达的负荷。在该方法中，通过使马达向反方向微小旋转，能够使减速器的效率成为逆效率，由此，马达的负荷减轻，因此，应该由马达产生的转矩也变小，能够减小马达的功耗。

5、[现有技术文献]

6、[专利文献]

7、专利文献1：日本特开平1-222877号公报

8、专利文献2：日本特开平6-297366号公报

9、专利文献3：日本特开2002-144275号公报

10、专利文献4：日本特开2014-079827号公报

11、专利文献5：日本特开平9-300260号公报

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题

2、专利文献1-4所公开的技术是在根据位置指令进行伺服控制的马达所驱动的轴上，检测不使该轴旋转的期间即待机期间，在待机期间使制动器进行动作，并且切断伺服控制的电源，由此降低马达的功耗。但是，在专利文献1～4所记载的技术中，在电磁制动器发生故障时有可能发生掉落事故。另外，在专利文献1-4所记载的技术中，在有新的位置指令输入而待机期间结束时，需要接通伺服控制的电源来开始伺服控制，由于伺服控制的启动需要时间，因此，有可能在应对所输入的新的位置指令之前需要花费时间。专利文献5所公开的技术存在如下问题：无法大幅削减马达的驱动电流，而且需要产生比制动器的制动力大的转矩，马达不得不使用额定转矩大的产品。

3、本发明的目的在于提供一种能够应对电磁制动器的故障等并且能够迅速地应对新位置指令的输入、能够整体削减在电磁制动器和马达中消耗的功率的控制方法和实施这样的控制方法的控制装置。

4、用于解决技术问题的技术手段

5、本发明的一个方式的控制方法用于控制机器人，该机器人具备：轴；马达，该马达设置于每个轴，且基于针对该轴的位置指令而进行伺服控制；以及无励磁动作型的电磁制动器，该电磁制动器安装于轴，并在进行动作时固定轴，

6、在对马达进行伺服控制的状态下，对位置指令所示的位置不变的期间即待机期间的持续时间进行计数，在持续时间超过阈值时使电磁制动器进行动作，

7、在使电磁制动器进行动作时，将位置指令所示的位置与轴的位置之间的偏差复位为0，并继续进行伺服控制，

8、然后，在检测到待机期间结束时，根据位置指令所示的位置与轴的实际位置之间的偏差继续进行伺服控制，并解除电磁制动器。

9、由于进行伺服控制，所以可以认为在待机期间内，马达的位置即轴的位置处于按照位置指令的位置(保持位置)。在该状态下使电磁制动器进行动作时，有时伴随着使制动器进行动作，轴会稍微旋转。当轴旋转而从保持位置偏离时，由于进行伺服控制，因此在要返回保持位置时，会有电流流过马达。由于制动器进行动作使轴被固定，所以即使驱动马达，轴也不会返回保持位置，在马达中持续流过大电流。因此，在一个方式的控制方法中，电磁制动器进行动作而使轴被固定的时刻，将位置偏差复位为0，继续进行伺服控制。由于位置偏差为0，所以在伺服控制中，不控制马达以产生转矩。其结果，能够继续进行伺服控制，并且减小马达的驱动电流，能够减小功耗。在这样进行控制的情况下，伺服控制继续进行，因此在输入新的位置指令而待机期间结束时，能够迅速地开始基于该新的位置指令的伺服控制。另外，在电磁制动器发生了故障的情况下，复位后的位置偏差的绝对值因轴旋转而变大，基于此进行伺服控制，因此能够抑制掉落事故的发生等。

10、在一个方式的控制方法中，优选的是，轴是在机器人中施加重力负荷的轴。由于施加重力负荷的轴是即使在该轴不旋转时也必须通过马达产生转矩的轴，因此通过使用一种方式的控制方法，能够大幅削减功耗。在这种情况下，机器人例如是水平多关节型机器人。在水平多关节型机器人中，施加重力负荷的轴的数量被限定，另一方面，施加重力负荷的轴所负担的重量较大，因此通过使用一个方式的控制方法，能够尤为大幅地削减功耗。

11、本发明的一个方式的控制装置基于位置指令控制机器人，该机器人具备轴、设置于每个轴的马达、安装于轴且在进行动作时固定轴的无励磁动作型的电磁制动器，所述控制装置具有：

12、运算单元，该运算单元基于位置指令所示的位置与轴的反馈位置之间的位置偏差，进行伺服控制所需的运算；

13、驱动电路，该驱动电路基于运算单元的运算结果来驱动马达；

14、开关电路，该开关电路接通和断开对电磁制动器的供电；

15、控制单元，该控制单元在对马达进行伺服控制的状态下，对位置指令所示的位置不变的期间即待机期间的持续时间进行计数，在持续时间超过阈值时，控制开关电路使电磁制动器进行动作，在使电磁制动器进行动作时，将位置偏差复位为0，继续进行伺服控制，然后，在检测出待机期间结束时，根据位置指令所示的位置与轴的反馈位置之间的偏差，继续进行伺服控制，控制开关电路解除电磁制动器。

16、在一个方式的控制装置中，由于在电磁制动器进行动作而使轴被固定的时刻将位置偏差复位为0并继续进行伺服控制，所以能够在继续进行伺服控制的同时减小马达的驱动电流，能够减小功耗。另外，在电磁制动器发生了故障的情况下，复位后的位置偏差的绝对值因轴的旋转而变大，基于此进行伺服控制，因此能够抑制掉落事故的发生等。

17、在一个方式的控制装置中，控制单元例如具备：第一减法器，该第一减法器输出基于位置指令的位置与轴的反馈位置的偏差；锁存型的存储单元，该存储单元在将位置指令复位为0的定时取入第一减法器的输出，并将取入的值直接输出；第二减法器，该第二减法器输出第一减法器的输出与存储单元的输出之间的偏差；以及切换单元，该切换单元在第一减法器的输出和第二减法器的输出之间进行切换，并作为位置偏差输出到运算单元，在从将位置指令复位为0的定时到检测到待机期间结束的期间内，在切换单元中选择第二减法器的输出。通过使用这样的控制单元，能够容易地构建一个方式的控制装置。

18、在一个方式的控制装置中，优选的是，轴是在机器人中施加重力负荷的轴。由于施加重力负荷的轴是即使在该轴不旋转时也必须通过马达产生转矩的轴，因此通过使用一个方式的控制装置，能够大幅削减功耗。在这种情况下，机器人例如是水平多关节型机器人。在水平多关节型机器人中，施加重力负荷的轴的数量被限定，并且施加重力负荷的轴所负担的重量较大，因此通过使用一个方式的控制装置，能够尤为大幅地削减功耗。

19、发明效果

20、根据本发明，在机器人中，能够整体削减电磁制动器和马达中消耗的功率，并且能够应对电磁制动器的故障等，还能够迅速地应对新的位置指令的输入。