JP5857845B2 - ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに供給される電源電圧を制御するロボットシステムに関する。

従来、アームを有するロボットが加速区間、もしくは等速区間にあるときに、手先位置計算部で計算した手先位置と目標軌道である直線との偏差を求め、この偏差が許容値以上の場合に、判別信号を出力するものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、このような場合には、一般に位置指令値や速度指令値を補正することにより、手先位置の軌道を修正している。

特開２００１―２１６００８ 特開２００２―２１８６７６

ところで、ロボットの減速区間において、ロボットを駆動するモータにより回生発電を行い、回生発電により生じた回生エネルギをコンデンサに蓄積するものがある（例えば、特許文献２参照）。回生発電時に、コンデンサの接続された電源ラインの電圧が上限値よりも上昇した場合には、回生抵抗に電流を流して回生エネルギを消費させる必要がある。この場合はエネルギ損失が生じることとなるため、コンデンサに蓄積する回生エネルギを増やすことが望ましい。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ロボットの動作軌道の精度を維持しつつ、回生エネルギの損失を抑制することのできるロボットシステムを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の手段は、ロボットシステムであって、電源から電源ラインへ供給される電源電圧の高さを調節する電圧調節部と、前記電源ラインを通じて前記電源電圧が供給されるモータ、及び前記モータにより駆動されるアームを有するロボットと、前記アームの位置を検出する位置検出部と、前記電源ラインに並列接続されたコンデンサと、回生抵抗及びスイッチ部が直列に接続された直列接続体であって、前記電源ラインに並列接続された前記直列接続体と、前記電源ラインの電圧を検出する電圧検出部と、前記位置検出部により検出される前記アームの位置に基づいて、前記アームを目標位置まで動作させるように前記モータの駆動を制御するとともに、前記モータの減速時に前記モータにより回生発電をさせて回生電流を前記電源ラインに供給させ、前記電圧検出部により検出される前記電源ラインの電圧が所定電圧よりも高い場合に前記スイッチ部を閉じる制御部と、を備え、前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差に基づいて、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させることを特徴とする。

上記構成によれば、電圧調節部により、電源から電源ラインへ供給される電源電圧の高さが調節される。そして、ロボットにおいて、電源ラインを通じてモータへ電源電圧が供給され、モータによりアームが駆動される。制御部は、位置検出部により検出されるアームの位置に基づいて、アームを目標位置まで動作させるようにモータの駆動を制御する。また、制御部は、モータの減速時にモータにより回生発電をさせ、回生電流を電源ラインに供給させる。このため、電源ラインに並列接続されたコンデンサが回生電流によって充電され、回生エネルギがコンデンサに蓄積される。このとき、電圧検出部により検出される電源ラインの電圧が所定電圧よりも高い場合には、スイッチ部が閉じられる。このため、過剰な回生エネルギが回生抵抗で消費され、回生電流により電圧調節部が損傷することを抑制することができる。

ここで、モータに供給される電源電圧が高いほどモータの応答性が向上するため、電源電圧が高いほどアームの動作軌道の精度が高くなる。しかしながら、電源電圧を高く設定した場合には、電源電圧と上記所定電圧との差が小さくなり、電源ラインに上記回生電流が供給された時に電源ラインの電圧が所定電圧まで上昇し易くなる。このため、回生エネルギを回生抵抗で消費させる機会が増え、エネルギ損失が増大することとなる。この点、制御部は、位置検出部により検出されるアームの位置と目標位置との偏差に基づいて、電源ラインへ供給される電源電圧を電圧調節部により上昇させる。このため、上記偏差に基づいて、モータの応答性、ひいてはアームの動作軌道の精度を向上させることができる。したがって、電源電圧を低く設定しておくことができ、回生エネルギを回生抵抗で消費させる機会を減らして、コンデンサに蓄積する回生エネルギを増やすことができる。その結果、アームの動作軌道の精度を維持しつつ、回生エネルギの損失を抑制することができる。

第２の手段では、前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差が第１閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる。

上記構成によれば、上記偏差が第１閾値を超えた場合には電源電圧が上昇させられるため、この偏差が第１閾値を超えて大きくことなることを抑制することができる。一方、上記偏差が第１閾値を超えるまでは電源電圧が上昇させられないため、コンデンサに回生エネルギを蓄積することを優先させることができる。

第３の手段では、前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差の変化速度が第２閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる。

上記構成によれば、上記偏差の変化速度が第２閾値を超えた場合には電源電圧が上昇させられるため、この偏差が拡大する可能性が高い場合に偏差の拡大を抑制することができる。一方、上記偏差の変化速度が第２閾値を超えるまでは電源電圧が上昇させられないため、コンデンサに回生エネルギを蓄積することを優先させることができる。

第４の手段では、前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差の変化速度が大きいほど、前記電圧調節部により前記電源電圧を大きく上昇させる。

上記構成によれば、上記偏差の変化速度が大きいほど電源電圧が大きく上昇させられるため、必要に応じて適切にモータの応答性を向上させることができる。その結果、アームの動作軌道の精度を向上させつつ、コンデンサに蓄積する回生エネルギを更に増やすことができる。

第５の手段のように、前記アームは、複数の回転部と複数の前記モータとを含み、各回転部が各モータにより駆動されるものであり、前記位置検出部は、各モータの回転位置を検出し、前記制御部は、前記位置検出部により検出される各モータの回転位置に基づいて、各モータを目標回転位置まで動作させるように各モータの駆動を制御し、前記位置検出部により検出される所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差に基づいて、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させるといった構成を採用することもできる。こうした構成によれば、複数の回転部と複数のモータとを含み、各回転部が各モータにより駆動されるアームを有するロボットにおいて、アームの動作軌道の精度を維持しつつ、回生エネルギの損失を抑制することができる。

第６の手段では、前記所定モータは、前記アームの先端から最も離れた前記回転部を駆動するモータであり、前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差が第３閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる。

複数の回転部と複数のモータとを含むアームでは、一般にアームの先端から最も離れた回転部を駆動するモータの定格出力が最も大きい。そして、定格出力の大きいモータほど、回生発電により生じる電力が大きくなるため、回生エネルギの損失を抑制する効果が高くなる。

この点、上記構成によれば、アームの先端から最も離れた回転部を駆動するモータにおいて、上記偏差が第３閾値を超えた場合に電源電圧が上昇させられ、上記偏差が第３閾値を超えるまでは電源電圧が上昇させられない。したがって、コンデンサに蓄積する回生エネルギを更に増やすことができる。さらに、アームの先端から最も離れた回転部ほど、アームの動作軌道に及ぼす影響が大きい。したがって、アームの先端から最も離れた回転部を駆動するモータにおいて、上記偏差が第３閾値を超えて大きくなることを抑制することにより、アームの動作軌道の精度を効果的に向上させることができる。

第７の手段では、前記所定モータは複数の前記モータを含み、前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差が第３閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させ、前記第３閾値は、前記アームの先端から離れた前記回転部を駆動するモータであるほど大きく設定されている。

上述したように、定格出力の大きいモータ、すなわちアームの先端から離れた回転部を駆動するモータほど、回生発電により生じる電力が大きくなるため、回生エネルギの損失を抑制する効果が高くなる。この点、上記構成によれば、上記第３閾値は、アームの先端から離れた回転部を駆動するモータであるほど大きく設定されているため、定格出力の大きいモータほど上記偏差を大きく許容することができる。したがって、回生エネルギを回生抵抗で消費させる機会を減らした場合に、コンデンサに蓄積する回生エネルギを効果的に増やすことができる。

第８の手段では、前記所定モータは複数の前記モータを含み、前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差が第３閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させ、前記第３閾値は、前記アームの先端から離れた前記回転部を駆動するモータであるほど小さく設定されている。

上述したように、アームの先端から離れた回転部ほどアームの動作軌道に及ぼす影響が大きいため、上記偏差が第３閾値を超えて大きくなることを抑制することで、アームの動作軌道の精度を向上させる効果が高くなる。この点、上記構成によれば、上記第３閾値は、アームの先端から離れた回転部を駆動するモータであるほど小さく設定されているため、アームの動作軌道に及ぼす影響が大きいモータほど上記偏差の許容が小さくなる。したがって、上記偏差が第３閾値を超えて大きくなることを抑制した場合に、アームの動作軌道の精度を効果的に向上させることができる。

第９の手段では、前記制御部は、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させた後、前記位置検出部により検出される前記所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差が、前記第３閾値よりも小さく設定された第４閾値未満となったことを条件として、前記電圧調節部による前記電源電圧の上昇を解除する。

上記構成によれば、電圧調節部により電源電圧を上昇させた後、上記偏差が第３閾値よりも小さく設定された第４閾値未満となるまでは、電圧調節部による電源電圧の上昇が解除されない。そして、上記偏差が第４閾値未満となった場合に、電圧調節部による電源電圧の上昇が解除される。したがって、電圧調節部による電源電圧の上昇とその解除が繰り返されることを抑制することができるとともに、アームの動作軌道の精度をより確実に向上させることができる。

第１０の手段では、前記制御部は、前記アームを前記目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定するＣＰ制御と、前記アームを前記目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定しないＰＴＰ制御とを切り替える切替部を備え、前記切替部により前記ＰＴＰ制御に切り替えられている場合に、前記電圧調節部により前記電源電圧を前記所定電圧よりも低い初期電圧で一定にさせ、前記切替部により前記ＣＰ制御に切り替えられている場合に、前記電圧調節部により前記電源電圧を前記初期電圧にさせるとともに、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差が第１閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる。

本願発明者は、ロボットの一連の動作が、動作軌道の精度を要求する組立加工・ピッキング作業（ＣＰ制御）と、単なる移動で済む搬送・移動作業（ＰＴＰ制御）との結合で構成されていることに着目した。この点、上記構成によれば、切替部により、アームを目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定するＣＰ制御と、アームを目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定しないＰＴＰ制御とが切り替えられる。

そして、切替部によりＰＴＰ制御に切り替えられている場合に、電圧調節部により電源電圧が上記所定電圧よりも低い初期電圧で一定にさせられる。このため、アームを目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定しないＰＴＰ制御、すなわち単なる移動で済む搬送・移動作業では、回生エネルギを回生抵抗で消費させる機会を減らして、コンデンサに蓄積する回生エネルギを増やすことができる。

一方、切替部によりＣＰ制御に切り替えられている場合に、電圧調節部により電源電圧が上記初期電圧にされるとともに、位置検出部により検出されるアームの位置と目標位置との偏差が第１閾値を超えたことを条件として、電圧調節部により電源電圧が上昇させられる。このため、動作軌道の精度が要求されるＣＰ制御では、アームの動作軌道の精度を向上させることができる。

したがって、動作軌道の精度が要求されないＰＴＰ制御では、コンデンサに蓄積する回生エネルギを増やすことを優先し、動作軌道の精度が要求されるＣＰ制御では、コンデンサに蓄積する回生エネルギを増やしつつ、動作軌道の精度を維持することができる。

ロボットシステムを示すブロック図。 電源電圧と回生エネルギ損失との関係を示すタイムチャート。 位置偏差及び電源電圧の変化を示すタイムチャート。 モータの回転速度とトルクとの関係を示すグラフ。 目標速度及び実速度を示すタイムチャート。 偏差の変化速度及び電源電圧の変化を示すタイムチャート。 回転偏差及び電源電圧の変化を示すタイムチャート。 ロボットの作業内容、電源電圧、及び回生電力の変化を示すタイムチャート。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、多関節ロボットの動作を制御するロボットシステムとして具体化している。

図１は、ロボットシステム１０を示すブロック図である。ロボットシステム１０は、ロボット１１、電源ユニット２０、インバータ回路３０、制御部６０等を備えている。ロボット１１は、アーム５０等を備えている。なお、電源ユニット２０、インバータ回路３０、及び制御部６０は、ロボットコントローラを構成する。

電源ユニット２０（電圧調節部）は、３相２００Ｖの商用交流電源１４（外部電源）に接続されている。電源ユニット２０は、整流回路、コイル、コンデンサ２１、スイッチング素子２２，２３等を備えている。コンデンサ２１は、電源ライン１５ａ，１５ｂに並列に接続されている。スイッチング素子２２，２３は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等で形成されている。スイッチング素子２２は電源ライン１５ａ，１５ｂに直列に接続されており、スイッチング素子２３は電源ライン１５ａ，１５ｂに並列に接続されている。そして、電源ユニット２０は、スイッチング素子２２をＯＮにした状態で、スイッチング素子２３をＰＷＭ制御（デューティ制御）することにより、電源１４から電源ライン１５ａ，１５ｂへ供給される電源電圧Ｖｂの高さを調節する。

抵抗２５（回生抵抗）及びスイッチング素子２６（スイッチ部）を直列に接続した直列接続体が、電源ライン１５ａ，１５ｂに並列に接続されている。スイッチング素子２６は、電界効果トランジスタ等で形成されている。また、電源ライン１５ａ，１５ｂには、電圧センサ２７が並列に接続されている。電圧センサ２７（電圧検出部）は、電源ライン１５ａ，１５ｂの電源電圧Ｖｂを検出する。

電源ライン１５ａ，１５ｂには、複数のインバータ回路３０（１つのみ図示）が並列に接続されている。複数のインバータ回路３０には、ロボット１１のアーム５０における複数の回転部５１をそれぞれ駆動する複数のモータ５２がそれぞれ接続されている。各モータ５２には、回転位置を検出するエンコーダ５３（位置検出部）が設けられている。

各インバータ回路３０は、６個のスイッチング素子３１を三相ブリッジ接続するとともに、各スイッチング素子３１と並列にフライホイールダイオード３２を接続した周知のものである。スイッチング素子３１は、バイポーラ型パワートランジスタ等で形成されている。各インバータ回路３０において、スイッチング素子３１がＰＷＭ制御されることにより、各インバータ回路３０から各モータ５２へ供給される電圧が制御される。各モータ５２へ供給される電流が電流センサ３５により検出される。

制御部６０は、電源制御部６１、軌道生成部６２、位置・速度制御部６３、電流制御部６４、ＰＷＭ回路６５、及びドライブ回路６６等を備えている。

各モータ５２に設けられたエンコーダ５３の出力は、軌道生成部６２、位置・速度制御部６３、及び電流制御部６４へそれぞれ入力される。軌道生成部６２は、アーム５０が行う動作、及び各エンコーダ５３により検出された各モータ５２の回転位置（各回転部５１の回転位置）に基づいて、アーム５０の動作軌道（目標位置）及び各モータ５２の目標回転位置（各回転部５１の目標回転位置）を算出する。位置・速度制御部６３は、軌道生成部６２により算出された各モータ５２の目標回転位置、及び検出された各モータ５２の回転位置に基づいて、各モータ５２の目標回転速度（各回転部５１の目標回転速度）、及び各モータ５２の目標トルクを算出する。電流制御部６４は、位置・速度制御部６３により算出された各モータ５２の目標トルク、各電流センサ３５により検出された電流、並びに検出された各モータ５２の回転位置に基づいて、インバータ回路３０からモータ５２へ供給する目標電流を算出する。ＰＷＭ回路６５は、電流制御部６４により算出された目標電流に基づいて、各インバータ回路３０の各スイッチング素子３１を制御するＰＷＭ信号を出力する。ドライブ回路６６は、ＰＷＭ回路から出力されたＰＷＭ信号に基づいて、各インバータ回路３０の各スイッチング素子３１を駆動する。これにより、各モータ５２（アーム５０）を目標回転位置（目標位置）まで動作させるように、各モータ５２の駆動が制御される。

また、制御部６０は、各モータ５２の減速時に各モータ５２により回生発電をさせる。回生発電により生じた回生電流は、インバータ回路３０のフライホイールダイオード３２を経由して、電源ライン１５ａ，１５ｂに供給される。そして、この回生電流により、電源ライン１５ａ，１５ｂに並列接続されたコンデンサ２１が充電される。ただし、電源ライン１５ａ，１５ｂに供給された回生電流は、電源ライン１５ａ，１５ｂの電源電圧Ｖｂを上昇させる。このため、電源制御部６１は、電圧センサ２７により検出された電源電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｒよりも高い場合に、スイッチング素子２６をＯＮにする（閉じる）。これにより、回生電流が抵抗２５に流れ、過剰な回生エネルギが熱として消費される。したがって、電源電圧Ｖｂが過剰に上昇することが抑制され、電源ユニット２０が損傷することを抑制することができる。

図２は、電源電圧Ｖｂと回生エネルギ損失との関係を示すタイムチャートである。同図に一点鎖線で示すように、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂが初期電圧Ｖｐに設定されている場合は、初期電圧Ｖｐと所定電圧Ｖｒとの差が小さくなる。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に回生発電が行われると、電源電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｒを超えることとなる。そして、電源電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｒを超えた場合には、スイッチング素子２６がＯＮにされ、面積Ｓに相当する回生エネルギが熱として消費される。したがって、回生エネルギの損失が生じることとなる。

これに対して、同図に実線で示すように、電源ユニット２０により、電源電圧Ｖｂが上記初期電圧Ｖｐよりも低い初期電圧Ｖｃに設定されている場合には、初期電圧Ｖｃと所定電圧Ｖｒとの差が大きくなる。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に回生発電が行われたとしても、電源電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｒを超えない。したがって、スイッチング素子２６がＯＮにされず、回生エネルギの損失が生じることを避けることができる。そこで、本実施形態では、電源ユニット２０により、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃに設定している。

一方、各モータ５２に供給される電源電圧Ｖｂが高いほど各モータ５２の応答性が向上するため、電源電圧Ｖｂが高いほどアーム５０の動作軌道の精度が高くなる。このため、アーム５０の動作軌道の精度を高くする点からは、電源電圧Ｖｂを高く設定することが望ましい。したがって、本実施形態では、制御部６０の電源制御部６１は、検出されるアーム５０の先端位置と目標位置との偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１を超えたことを条件として、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを上昇させる。このため、初期電圧Ｖｃを低く設定しておいたとしても、アーム５０の動作軌道の精度を維持することができる。なお、アーム５０の先端位置は、各エンコーダ５３により検出される各モータ５２の回転位置に基づいて算出することができる。そして、算出されたアーム５０の先端位置と、上記軌道生成部６２により算出された目標位置との偏差ΔＰを算出する。

図３は、アーム５０の先端位置の偏差ΔＰ、及び電源電圧Ｖｂの変化を示すタイムチャートである。なお、（ａ）において、実線は本実施形態における偏差ΔＰの変化を示し、一点鎖線は電源電圧Ｖｂを上昇させなかった場合における偏差ΔＰの変化を示す。

（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂが初期電圧Ｖｃに設定されているため、（ａ）に示すように、ロボット１１のアーム５０の動作に伴って偏差ΔＰが大きくなる。時刻ｔ１１において、偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１を超えると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから上昇させる。ここでは、電源制御部６１によりスイッチング素子２３をデューティ１００％で駆動し、電源電圧Ｖｂを最高電圧Ｖｈまで上昇させる。これにより、各モータ５２の応答性が向上し、（ａ）に示すように、時刻ｔ１２において偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１未満となる。このため、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃまで下降させる。その後、（ａ）に示すように、偏差ΔＰは第１閾値Ｔｈ１未満で推移する。

アーム５０の動作に伴って、時刻ｔ１３において偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１を超えると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから上昇させる。（ａ）に示すように、時刻ｔ１４において偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１未満となると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃまで下降させる。その後、アーム５０の負荷が小さい状態になると、偏差ΔＰは第１閾値Ｔｈ１未満で推移する。

図４は、モータ５２の回転速度とトルクＴとの関係を示すグラフである。なお、実線は本実施形態により電源電圧Ｖｂを上昇させた場合を示し、一点鎖線は電源電圧Ｖｂを上昇させなかった場合を示す。

一点鎖線で示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから上昇させなかった場合は、モータ５２の回転速度が上昇するとトルクＴが低下する傾向がある。これに対して、実線で示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから最高電圧Ｖｈまで上昇させた場合は、モータ５２の回転速度が上昇してもトルクＴの低下が抑制されている。したがって、本実施形態によれば、モータ５２の回転速度が高い領域においても、トルクＴの大きさを維持することができる。

図５は、モータ５２の目標回転速度及び実回転速度を示すタイムチャートである。なお、破線は目標回転速度を示し、実線は本実施形態により電源電圧Ｖｂを上昇させた場合の実回転速度を示し、一点鎖線は電源電圧Ｖｂを上昇させなかった場合の実回転速度を示す。

一点鎖線で示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから上昇させなかった場合は、回転速度が高い領域において、破線で示す目標回転速度に対してモータ５２の実回転速度の遅れが大きくなっている。これに対して、実線で示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから最高電圧Ｖｈまで上昇させた場合は、回転速度が高い領域においても、破線で示す目標回転速度に対して実回転速度の遅れは大きくなっていない。したがって、本実施形態によれば、モータ５２の回転速度が高い領域においても、モータ５２の応答性を維持することができる。

以上詳述した本実施形態は以下の利点を有する。

・制御部６０の電源制御部６１は、エンコーダ５３の検出値に基づき算出されるアーム５０の先端位置と目標位置との偏差ΔＰに基づいて、電源ライン１５ａ，１５ｂへ供給される電源電圧Ｖｂを電源ユニット２０により上昇させる。このため、上記偏差ΔＰに基づいて、モータ５２の応答性、ひいてはアーム５０の動作軌道の精度を向上させることができる。したがって、電源電圧Ｖｂを低く設定しておくことができ、回生エネルギを抵抗２５で消費させる機会を減らして、コンデンサ２１に蓄積する回生エネルギを増やすことができる。その結果、アーム５０の動作軌道の精度を維持しつつ、回生エネルギの損失を抑制することができる。

・上記偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１を超えた場合には電源電圧Ｖｂが上昇させられるため、この偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１を超えて大きくことなることを抑制することができる。一方、上記偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１を超えるまでは電源電圧Ｖｂが上昇させられないため、コンデンサ２１に回生エネルギを蓄積することを優先させることができる。

なお、上記の実施形態を、以下のように変形して実施することもできる。

・図６は、上記偏差ΔＰの変化速度Ｒｐ、及び電源電圧Ｖｂの変化を示すタイムチャートである。ここでは、制御部６０の電源制御部６１は、エンコーダ５３の検出値に基づき算出されるアーム５０の先端位置と目標位置との偏差ΔＰの変化速度Ｒｐが第２閾値Ｔｈ２を超えたことを条件として、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを上昇させる。

（ａ）に示すように、時刻ｔ２１において、変化速度Ｒｐが第２閾値Ｔｈ２を超えると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから上昇させる。ここでは、偏差ΔＰの変化速度Ｒｐが大きいほど、電源電圧Ｖｂを大きく上昇させる。これにより、各モータ５２の応答性が向上し、（ａ）に示すように、時刻ｔ２２において変化速度Ｒｐが第２閾値Ｔｈ２未満となる。このため、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃまで下降させる。その後、（ａ）に示すように、変化速度Ｒｐは第２閾値Ｔｈ２未満で推移する。

アーム５０の動作に伴って、時刻ｔ２３において偏差ΔＰが第２閾値Ｔｈ２を超えると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから上昇させる。ここでは、時刻ｔ２１と比較して偏差ΔＰの変化速度Ｒｐが大きいため、電源電圧Ｖｂをより大きく上昇させる。（ａ）に示すように、時刻ｔ２４において変化速度Ｒｐが第２閾値Ｔｈ２未満となると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃまで下降させる。その後、アーム５０の負荷が小さい状態になると、変化速度Ｒｐは第２閾値Ｔｈ２未満で推移する。

上記構成によれば、上記偏差ΔＰの変化速度Ｒｐが第２閾値Ｔｈ２を超えた場合には電源電圧Ｖｂが上昇させられるため、この偏差ΔＰが拡大する可能性が高い場合に偏差ΔＰの拡大を抑制することができる。一方、上記偏差ΔＰの変化速度Ｒｐが第２閾値Ｔｈ２を超えるまでは電源電圧Ｖｂが上昇させられないため、コンデンサ２１に回生エネルギを蓄積することを優先させることができる。さらに、上記偏差ΔＰの変化速度Ｒｐが大きいほど電源電圧Ｖｂが大きく上昇させられるため、必要に応じて適切にモータ５２の応答性を向上させることができる。その結果、アーム５０の動作軌道の精度を向上させつつ、コンデンサ２１に蓄積する回生エネルギを更に増やすことができる。

・図７は、エンコーダ５３により検出されるモータ５２の回転位置と目標回転位置との偏差Δθ、及び電源電圧Ｖｂの変化を示すタイムチャートである。ここでは、制御部６０の電源制御部６１は、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを上昇させた後、エンコーダ５３により検出されるモータ５２の回転位置と目標回転位置との偏差Δθが、第３閾値Ｔｈ３よりも小さく設定された第４閾値Ｔｈ４未満となったことを条件として、電源ユニット２０による電源電圧Ｖｂの上昇を解除する。なお、（ａ）において、実線は上記構成における偏差Δθの変化を示し、一点鎖線は電源電圧Ｖｂを上昇させなかった場合における偏差Δθの変化を示す。

（ａ）に示すように、時刻ｔ３１において、偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３を超えると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから上昇させる。ここでは、電源制御部６１によりスイッチング素子２３をデューティ１００％で駆動し、電源電圧Ｖｂを最高電圧Ｖｈまで上昇させる。これにより、（ａ）に示すように、偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３未満となるが、上記偏差Δθが第４閾値Ｔｈ４未満となるまでは、電源ユニット２０による電源電圧Ｖｂの上昇を解除しない。そして、時刻ｔ３２において、偏差Δθが第４閾値Ｔｈ４未満になると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃまで下降させる。その後、（ａ）に示すように、偏差Δθは第３閾値Ｔｈ３未満で推移する。

アーム５０の動作に伴って、時刻ｔ３３において偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３を超えると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃから上昇させる。（ａ）に示すように、時刻ｔ３４において偏差Δθが第４閾値Ｔｈ４未満となると、（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃまで下降させる。その後、アーム５０の負荷が小さい状態になると、偏差Δθは第４閾値Ｔｈ４未満で推移する。

上記構成によれば、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを上昇させた後、上記偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３よりも小さく設定された第４閾値Ｔｈ４未満となるまでは、電源ユニット２０による電源電圧Ｖｂの上昇が解除されない。そして、上記偏差Δθが第４閾値Ｔｈ４未満となった場合に、電源ユニット２０による電源電圧Ｖｂの上昇が解除される。したがって、電源ユニット２０による電源電圧Ｖｂの上昇とその解除が繰り返されることを抑制することができるとともに、アーム５０の動作軌道の精度をより確実に向上させることができる。

・電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを上昇させた後、所定時間が経過したことを条件として、電源ユニット２０による電源電圧Ｖｂの上昇を解除することもできる。

・制御部６０の電源制御部６１は、エンコーダ５３により検出される所定のモータ５２（所定モータ）の回転位置と目標回転位置との偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３を超えたことを条件として、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを上昇させてもよい。

複数の回転部５１と複数のモータ５２とを含むアーム５０では、一般にアーム５０の先端から最も離れた回転部５１を駆動するモータ５２の定格出力が最も大きい。そして、定格出力の大きいモータ５２ほど、回生発電により生じる電力が大きくなるため、回生エネルギの損失を抑制する効果が高くなる。

そこで、上記所定のモータ５２として、アーム５０の先端から最も離れた回転部５１を駆動するモータ５２を採用してもよい。こうした構成によれば、アーム５０の先端から最も離れた回転部５１を駆動するモータ５２において、上記偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３を超えた場合に電源電圧Ｖｂが上昇させられ、上記偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３を超えるまでは電源電圧Ｖｂが上昇させられない。したがって、コンデンサ２１に蓄積する回生エネルギを更に増やすことができる。さらに、アーム５０の先端から最も離れた回転部５１ほど、アーム５０の動作軌道に及ぼす影響が大きい。したがって、アーム５０の先端から最も離れた回転部５１を駆動するモータ５２において、上記偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３を超えて大きくなることを抑制することにより、アーム５０の動作軌道の精度を効果的に向上させることができる。

また、上記所定のモータ５２として複数のモータ５２を含み、上記第３閾値Ｔｈ３は、アーム５０の先端から離れた回転部５１を駆動するモータ５２であるほど大きく設定されているといった構成を採用してもよい。上述したように、定格出力の大きいモータ５２、すなわちアーム５０の先端から離れた回転部５１を駆動するモータ５２ほど、回生発電により生じる電力が大きくなるため、回生エネルギの損失を抑制する効果が高くなる。この点、上記構成によれば、上記第３閾値Ｔｈ３は、アーム５０の先端から離れた回転部５１を駆動するモータ５２であるほど大きく設定されているため、定格出力の大きいモータ５２ほど上記偏差Δθを大きく許容することができる。したがって、回生エネルギを抵抗２５で消費させる機会を減らした場合に、コンデンサ２１に蓄積する回生エネルギを効果的に増やすことができる。

また、上記所定のモータ５２として複数のモータ５２を含み、上記第３閾値Ｔｈ３は、アーム５０の先端から離れた回転部５１を駆動するモータ５２であるほど小さく設定されているといった構成を採用してもよい。上述したように、アーム５０の先端から離れた回転部５１ほどアーム５０の動作軌道に及ぼす影響が大きいため、上記偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３を超えて大きくなることを抑制することで、アーム５０の動作軌道の精度を向上させる効果が高くなる。この点、上記構成によれば、上記第３閾値Ｔｈ３は、アーム５０の先端から離れた回転部５１を駆動するモータ５２であるほど小さく設定されているため、アーム５０の動作軌道に及ぼす影響が大きいモータ５２ほど上記偏差Δθの許容が小さくなる。したがって、上記偏差Δθが第３閾値Ｔｈ３を超えて大きくなることを抑制した場合に、アーム５０の動作軌道の精度を効果的に向上させることができる。

・上記閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４の値を可変とすることもできる。アーム５０の動作軌道の精度を重視する場合には閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４の値を減少させ、回生エネルギの損失の抑制を重視する場合には閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４の値を増大させるとよい。

具体的には、以下の構成を採用することができる。すなわち、制御部６０は、アーム５０の先端位置を目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定するＣＰ制御と、アーム５０を目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定しないＰＴＰ制御とを切り替える切替部を備える。制御部６０は、切替部によりＰＴＰ制御に切り替えられている場合に、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを所定電圧Ｖｒよりも低い初期電圧Ｖｃで一定にさせ、切替部によりＣＰ制御に切り替えられている場合に、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを初期電圧Ｖｃにさせるとともに、エンコーダ５３の検出値に基づいて算出されるアーム５０の先端位置と目標位置との偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１を超えたことを条件として、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂを上昇させる。

本願発明者は、図８に示すように、ロボット１１の１サイクルの動作が、動作軌道の精度を要求する組立・ピッキング作業（ＣＰ制御）と、単なる移動で済む運搬・移動作業（ＰＴＰ制御）との結合で構成されていることに着目した。この点、上記構成によれば、切替部により、アーム５０を目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定するＣＰ制御と、アーム５０を目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定しないＰＴＰ制御とが切り替えられる。

そして、切替部によりＰＴＰ制御に切り替えられている場合に、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂが上記所定電圧Ｖｒよりも低い初期電圧Ｖｃで一定にさせられる。このため、アーム５０を目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定しないＰＴＰ制御、すなわち単なる移動で済む搬送・移動作業では、回生エネルギを抵抗２５で消費させる機会を減らして、コンデンサ２１に蓄積する回生エネルギを増やすことができる。

一方、切替部によりＣＰ制御に切り替えられている場合に、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂが上記初期電圧Ｖｃにされるとともに、エンコーダ５３により検出されるアーム５０の位置と目標位置との偏差ΔＰが第１閾値Ｔｈ１を超えたことを条件として、電源ユニット２０により電源電圧Ｖｂが上昇させられる。このため、動作軌道の精度が要求されるＣＰ制御では、アーム５０の動作軌道の精度を向上させることができる。

したがって、動作軌道の精度が要求されないＰＴＰ制御では、コンデンサ２１に蓄積する回生エネルギを増やすことを優先し、動作軌道の精度が要求されるＣＰ制御では、コンデンサ２１に蓄積する回生エネルギを増やしつつ、動作軌道の精度を維持することができる。

１０…ロボットシステム、１１…ロボット、１４…商用交流電源（電源）、１５ａ…電源ライン、１５ｂ…電源ライン、２０…電源ユニット（電圧調節部）、２１…コンデンサ、２５…抵抗（回生抵抗）、２６…スイッチング素子（スイッチ部）、２７…電圧センサ（電圧検出部）、５０…アーム、５１…回転部、５２…モータ、５３…エンコーダ（位置検出部）、６０…コントローラ。

Claims (10)

1. 電源から電源ラインへ供給される電源電圧の高さを調節する電圧調節部と、
   前記電源ラインを通じて前記電源電圧が供給されるモータ、及び前記モータにより駆動されるアームを有するロボットと、
   前記アームの位置を検出する位置検出部と、
   前記電源ラインに並列接続されたコンデンサと、
   回生抵抗及びスイッチ部が直列に接続された直列接続体であって、前記電源ラインに並列接続された前記直列接続体と、
   前記電源ラインの電圧を検出する電圧検出部と、
   前記位置検出部により検出される前記アームの位置に基づいて、前記アームを目標位置まで動作させるように前記モータの駆動を制御するとともに、前記モータの減速時に前記モータにより回生発電をさせて回生電流を前記電源ラインに供給させ、前記電圧検出部により検出される前記電源ラインの電圧が所定電圧よりも高い場合に前記スイッチ部を閉じる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差に基づいて、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させることを特徴とするロボットシステム。
2. 前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差が第１閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差の変化速度が第２閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる請求項１又は２に記載のロボットシステム。
4. 前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差の変化速度が大きいほど、前記電圧調節部により前記電源電圧を大きく上昇させる請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
5. 前記アームは、複数の回転部と複数の前記モータとを含み、各回転部が各モータにより駆動されるものであり、
   前記位置検出部は、各モータの回転位置を検出し、
   前記制御部は、前記位置検出部により検出される各モータの回転位置に基づいて、各モータを目標回転位置まで動作させるように各モータの駆動を制御し、前記位置検出部により検出される所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差に基づいて、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
6. 前記所定モータは、前記アームの先端から最も離れた前記回転部を駆動するモータであり、
   前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差が第３閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる請求項５に記載のロボットシステム。
7. 前記所定モータは複数の前記モータを含み、
   前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差が第３閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させ、
   前記第３閾値は、前記アームの先端から離れた前記回転部を駆動するモータであるほど大きく設定されている請求項５に記載のロボットシステム。
8. 前記所定モータは複数の前記モータを含み、
   前記制御部は、前記位置検出部により検出される前記所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差が第３閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させ、
   前記第３閾値は、前記アームの先端から離れた前記回転部を駆動するモータであるほど小さく設定されている請求項５に記載のロボットシステム。
9. 前記制御部は、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させた後、前記位置検出部により検出される前記所定モータの回転位置と前記目標回転位置との偏差が、前記第３閾値よりも小さく設定された第４閾値未満となったことを条件として、前記電圧調節部による前記電源電圧の上昇を解除する請求項７又は８に記載のロボットシステム。
10. 前記制御部は、
    前記アームを前記目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定するＣＰ制御と、前記アームを前記目標位置まで動作させる際に動作軌跡を設定しないＰＴＰ制御とを切り替える切替部を備え、
    前記切替部により前記ＰＴＰ制御に切り替えられている場合に、前記電圧調節部により前記電源電圧を前記所定電圧よりも低い初期電圧で一定にさせ、
    前記切替部により前記ＣＰ制御に切り替えられている場合に、前記電圧調節部により前記電源電圧を前記初期電圧にさせるとともに、前記位置検出部により検出される前記アームの位置と前記目標位置との偏差が第１閾値を超えたことを条件として、前記電圧調節部により前記電源電圧を上昇させる請求項１〜９のいずれか１項に記載のロボットシステム。

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