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WO2014017019A1 - 産業用機械の異常判定方法 - Google Patents

産業用機械の異常判定方法 Download PDF

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Publication number
WO2014017019A1
WO2014017019A1 PCT/JP2013/003949 JP2013003949W WO2014017019A1 WO 2014017019 A1 WO2014017019 A1 WO 2014017019A1 JP 2013003949 W JP2013003949 W JP 2013003949W WO 2014017019 A1 WO2014017019 A1 WO 2014017019A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
current
value
abnormality
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/003949
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敦実 橋本
保義 本内
将 古和
広之 中田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Publication of WO2014017019A1 publication Critical patent/WO2014017019A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/027—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an over-current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/50—Vector control arrangements or methods not otherwise provided for in H02P21/00- H02P21/36

Definitions

  • the present invention relates to an abnormality determination method and control method for an industrial machine using a motor control device such as a robot control device.
  • FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the robot system.
  • the robot system shown in FIG. 9 includes a movement command generation unit 1, a position control unit 2, a speed control unit 3, a current control unit 5, an amplifier 6, and a motor 7.
  • the movement command generator 1 generates a movement command for driving the motor 7.
  • the position control unit 2 controls the position where the robot system performs work.
  • the speed control unit 3 controls the operation speed of the robot system.
  • the current control unit 5 controls the current output to the amplifier 6.
  • the amplifier 6 supplies a current to the motor 7.
  • the robot system includes a power supply unit 10 that supplies power to the amplifier 6.
  • the motor 7 is accompanied by a position detector 8 that detects the rotation angle of the motor 7.
  • the robot system includes a processing unit 9 that processes the motor rotation angle information output from the position detector 8.
  • the motor 7 is, for example, a synchronous motor that has a permanent magnet as a rotor and generates a rotating magnetic field by driving an alternating current through a coil as a stator.
  • the movement command generation unit 1 generates a movement command ⁇ * by planning the trajectory of the robot operation based on the operation program created by the user.
  • the movement command ⁇ * indicates the amount of rotation of the motor 7 per unit time, and is output at a predetermined cycle.
  • the movement command ⁇ * output from the movement command generator 1 at a predetermined cycle is input to the position controller 2.
  • the position control unit 2 accumulates the movement command ⁇ * and subtracts the actual movement amount ⁇ of a predetermined period from the accumulated movement command ⁇ *.
  • the actual movement amount ⁇ is the rotation angle movement amount of the motor 7 every predetermined time obtained by processing the output from the position detector 8 by the processing unit 9.
  • a difference between the total of the movement command ⁇ * and the total of the actual movement amount ⁇ is held as a position deviation amount.
  • a speed command ⁇ * obtained by multiplying the position deviation amount by a proportional constant (position gain) is output from the position control unit 2.
  • the difference value between the speed command ⁇ * output from the position control unit 2 and the actual motor rotation speed ⁇ of the motor 7 is input to the speed control unit 3.
  • the speed control unit 3 performs, for example, PI control on the difference value and outputs a current command I *.
  • the actual motor rotational speed ⁇ of the motor 7 is the rotational speed of the motor 7 for each predetermined time obtained by processing the output from the position detector 8 by the processing unit 9.
  • the current command I * output from the speed control unit 3 is limited by the limiting unit 4 to the maximum current value allowed by the motor 7.
  • the current command Iq * whose maximum value is limited by the limiting unit 4 is input to the current control unit 5.
  • the current control unit 5 controls the current so that the same current as the current command Iq * flows to the motor 7.
  • Dq control is generally known as a current control method.
  • the dq control is to control by converting the three-phase AC current of the motor 7 into a two-phase DC current (dq conversion).
  • PI control By converting the alternating current into direct current, PI control can be applied, and control in which the steady deviation of the actual current value is eliminated with respect to the current command value can be performed.
  • the dotted line frame of the current control unit 5 shows the configuration for that purpose.
  • Two-phase alternating current values Iu and Iv of the three-phase alternating current of the motor 7 are detected by the current detector 15 and the current detector 16.
  • the two-phase AC current values Iu and Iv are converted by the dq converter 11 into a two-phase DC current detection value Id and a current detection value Iq.
  • the current detection value Iq is a current for causing the motor 7 to generate torque by generating a magnetic field orthogonal to the magnetic flux of the rotor of the motor 7 in the coil of the stator.
  • the current detection value Id is a current that generates a magnetic field orthogonal to the magnetic field generated by the current detection value Iq.
  • the detected current value Id does not contribute to causing the motor 7 to generate torque.
  • the PI control unit 13 applies PI control to the deviation between the current command Iq * and the current detection value Iq so that the current detection value Iq matches the current command Iq *. Further, the detected current value Id is a useless current that does not contribute to the torque generation of the motor 7. Therefore, normally, the current control unit 5 performs control so that the current detection value Id becomes zero. That is, the current command Id * is set to 0, and the PI control unit 12 applies PI control to the deviation between the current command Id * and the current detection value Id.
  • a direct current voltage command Vd * is output from the PI control unit 12, and a direct current voltage command Vq * is output from the PI control unit 13.
  • the DC voltage command Vd * and the DC voltage command Vq * are converted into a three-phase voltage command in the PWM command generation unit 14.
  • the PWM command generation unit 14 further converts the three-phase voltage command into PWM commands U1, U2, V1, V2, W1, and W2 and outputs them.
  • Amplifier 6 receives PWM commands U1, U2, V1, V2, W1, and W2 and outputs three-phase AC currents Iu, Iv, and Iw to motor 7.
  • the DC power supply voltages Vp and Vn serve as a current supply source to the motor 7.
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the amplifier 6.
  • the amplifier 6 performs current commutation by switching the switching elements 90 to 95 in accordance with the PWM commands U1, U2, V1, V2, W1, and W2, and outputs three-phase AC currents Iu, Iv, and Iw to the motor 7. .
  • the AC voltage from the AC power supply 17 is rectified by the rectifier circuit 18 and further smoothed by the smoothing capacitor 19, and the DC voltages Vp and Vn are output to the amplifier 6. Further, the power supply unit 10 is provided with a switch 20 for cutting off the power supply to the amplifier 6.
  • FIG. 11 shows an example of signal behavior of each part when the robot system is controlled with the configuration described above.
  • Each code shown in FIG. 11 is the same as the code used in the description of FIG. FIG. 11 shows a state where the motor 7 has accelerated from a stopped state and has reached a certain speed.
  • the movement amount ⁇ is delayed with respect to the movement command ⁇ *.
  • the speed control and the current control as a result of the PI control, the actual speed ⁇ with respect to the speed command ⁇ * or the actual current Iq with respect to the current command Iq * coincides. If each control system of position control, speed control, and current control is normally controlled, the waveform of each part is as shown in FIG.
  • the trajectory control of the end effector is performed with a plurality of motors 7 controlled as described above.
  • each of the motors 7 of each axis needs to be normally controlled with a current equal to or less than the limit value, and all the axes need to operate in position synchronization.
  • the end effector may interfere (collision) with surrounding objects.
  • the reason why the originally required motor driving torque cannot be obtained is not only when the current flowing through the motor reaches the limit value, but even if the current command Iq * is less than the limit value, the current command Iq * The motor may not be able to pass current.
  • an object of the present invention is to detect a malfunction of the current control system and to stop the robot system promptly. Another factor is to identify the cause of the malfunction of the current control system and to promptly restore it.
  • the abnormality determination method for an industrial machine is an abnormality determination method for an industrial machine driven using a motor.
  • the current difference between the current command value of the motor and the actual measured current value of the motor is greater than or equal to a first predetermined value, and the difference between the motor command rotational speed and the actual motor rotational speed is greater than or equal to a second predetermined value. In this case, it is determined that an abnormality has occurred in the industrial machine.
  • the abnormality determination method for an industrial machine shuts off the power supplied to the motor and stops the motor when it is determined that an abnormality has occurred in the industrial machine.
  • the abnormality determination method for an industrial machine reduces the motor rotation by reducing the motor command rotation speed when it is determined that an abnormality has occurred in the industrial machine. Stop the motor.
  • the abnormality determination method for an industrial machine has a DC power supply voltage applied to the motor of less than a third predetermined value when it is determined that an abnormality has occurred in the industrial machine. If so, it is determined that the DC power supply voltage is abnormal.
  • the abnormality determination method for an industrial machine has a DC power supply voltage applied to the motor equal to or greater than a third predetermined value when it is determined that an abnormality has occurred in the industrial machine. If so, it is determined that the motor is overloaded.
  • the abnormality determination method for an industrial machine of the present invention in addition to the above, when it is determined that an abnormality has occurred in the industrial machine, if the actual rotational speed of the motor is lower than the fourth predetermined value, It is determined that the line that supplies power to the motor is disconnected.
  • the robot system when an abnormality relating to current control occurs, the robot system can be quickly stopped, and abnormal use of the robot system can be avoided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the robot system according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the robot system according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the robot system in the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional robot system.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of the amplifier.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the behavior of each signal during normal operation.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the behavior of each signal during an abnormal operation.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the characteristics of the motor.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the state of each signal in dq control.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of the robot system according to the first embodiment. 1 is different from FIG. 9 in that a determination unit 30 is provided.
  • the determination unit 30 receives the current command I * output from the speed control unit 3 and the current detection value Iq output from the dq conversion unit 11, and outputs abnormality information to the movement command generation unit 1. Further, the determination unit 30 outputs an operation signal to the operation unit 21 provided in the power supply unit 10. The operation unit 21 operates the switch 20.
  • the determination unit 30 monitors the absolute value of the difference between the current command I * and the current detection value Iq. When the absolute value of the difference between the current command I * and the detected current value Iq is greater than or equal to a predetermined value (first predetermined value), the determination unit 30 causes the movement command generation unit 1 to malfunction. Output information.
  • the movement command generation unit 1 to which the abnormality information is input stops outputting the movement command ⁇ * to the position control unit 2.
  • the movement command generation unit 1 to which the abnormality information is input outputs a movement command ⁇ * for decelerating the motor to the position control unit 2. That is, the value of the movement command ⁇ * is gradually reduced, and finally the output of the movement command ⁇ * is stopped.
  • the determination unit 30 supplies power to the operation unit 21 of the power supply unit 10.
  • An operation signal for instructing to turn off is output.
  • the operation unit 21 receives an operation signal instructing to turn off the power from the determination unit 30, the operation unit 21 shuts off the switch 20 of the power supply unit 10 and stops the power supply to the amplifier 6.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit 30 according to the first embodiment.
  • step S1 a current difference ⁇ Iq between the current command I * and the detected current value Iq is obtained.
  • step S2 the absolute value of the current difference ⁇ Iq obtained in step S1 is compared with a first predetermined value C1. If the absolute value of the current difference ⁇ Iq is greater than or equal to the first predetermined value C1, the process proceeds to step S3, and the determination unit 30 performs an abnormality process. If the absolute value of the current difference ⁇ Iq is less than the first predetermined value C1, the determination unit 30 ends the process.
  • the abnormality process in step S ⁇ b> 3 refers to output of abnormality information from the determination unit 30 to the movement command generation unit 1 and an operation signal instructing power-off to the operation unit 21. It is output.
  • the current command I * is not limited by the limiting unit 4, and the current command I * and the current command Iq * coincide.
  • the current command Iq * and the detected current value Iq almost coincide with each other as shown in FIG. This is due to the function of the PI control unit 13.
  • the current control system mainly refers to the current control unit 5, the amplifier 6, the motor 7, the power supply unit 10, and the like.
  • One of the causes of abnormalities in the current control system can be a malfunction in the current flow path to the motor 7.
  • a failure of a switching element in the amplifier 6 switching elements 90 to 95 shown in FIG. 10
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the characteristics of the motor 7 and shows the allowable current of the motor 7.
  • the horizontal axis represents the motor rotation speed
  • the vertical axis represents the motor current.
  • Imax is the maximum value of the allowable current of the motor 7. Passing a current exceeding the allowable current to the motor 7 may cause the motor 7 to burn out and is not allowed.
  • the allowable current of the motor 7 is smaller than Imax, and the allowable current of the motor 7 decreases inversely as the motor rotation speed increases.
  • the allowable current of the motor 7 is Ie. This is because the motor 7 itself has the function of a generator, and the electromotive force, so-called induced voltage, increases in proportion to the motor rotation speed.
  • the d-axis current is Id and the q-axis current is Iq.
  • the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq necessary for this are as shown in (Expression 1) and (Expression 2), respectively.
  • Vd R ⁇ Id ⁇ p ⁇ ⁇ ⁇ L ⁇ Iq (Formula 1)
  • Vq R ⁇ Iq + p ⁇ ⁇ ⁇ L ⁇ Id + Ke ⁇ ⁇ (Formula 2)
  • L is an equivalent DC machine inductance of the motor 7.
  • R is the equivalent DC machine resistance of the motor 7.
  • Ke is an equivalent voltage constant of the motor 7.
  • p is the number of pole pairs of the motor 7.
  • ⁇ is the motor rotation speed of the motor 7.
  • Vd ⁇ p ⁇ ⁇ ⁇ L ⁇ Iq (Formula 3)
  • Vq R ⁇ Iq + Ke ⁇ ⁇ (Formula 4)
  • a voltage that is a source for generating the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq for realizing this is supplied from the power supply unit 10. Therefore, if the direct-current power supply voltage value output by the power supply unit 10 is Ed, the relationship of (Equation 5) needs to be satisfied.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the behavior of each signal during abnormal operation. Specifically, it is the behavior of signals in each part of the control system when a q-axis current larger than Ie is attempted to flow. Each symbol in FIG. 12 is the same as each symbol shown in FIG.
  • the motor rotation speed is ⁇ e
  • the q-axis current is Ie.
  • the motor speed command ⁇ * continues to increase, and the actual speed tends to increase.
  • the current command Iq * and the actual detected current value Iq begin to differ at time t2. Specifically, the current command Iq * increases and the actual current detection value Iq decreases. Therefore, after time t2, the difference between the current command Iq * and the actual detected current value Iq increases, and after time t3, the current command Iq * and the actual detected current value Iq become constant values different from each other.
  • the motor speed command ⁇ * and the actual motor rotational speed ⁇ begin to differ.
  • the actual motor rotation speed ⁇ reaches a constant value, while the motor speed command ⁇ * continues to increase beyond the initial target speed ⁇ r.
  • the first predetermined value C1 is a value that is sufficiently larger than the current deviation amount that can occur even in a normal current control state, that is, a value with a margin.
  • an industrial robot having a manipulator and a control device that controls the operation of the manipulator.
  • An example of an end effector attached to a manipulator is a welding torch used for welding.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the robot system according to the second embodiment. 3 is different from FIG. 1 in that the determination unit 30 having the configuration shown in FIG.
  • the determination unit 40 receives the difference between the current command Iq * output from the limiting unit 4 and the current detection value Iq output from the dq conversion unit 11. Further, the determination unit 40 receives a difference between the motor speed command ⁇ * output from the position control unit 2 and the motor speed detection value ⁇ output from the processing unit 9. Then, the determination unit 40 outputs abnormality information to the movement command generation unit 1. Further, the determination unit 40 outputs an operation signal to the operation unit 21 provided in the power supply unit 10.
  • the determination unit 40 monitors the absolute value of the difference between the current command Iq * and the current detection value Iq and the absolute value of the difference between the motor speed command ⁇ * and the motor speed detection value ⁇ .
  • the absolute value of the difference between current command Iq * and current detection value Iq is greater than or equal to a predetermined value (first predetermined value), and the difference between motor speed command ⁇ * and motor speed detection value ⁇ If the absolute value is greater than or equal to a predetermined value (second predetermined value), abnormality information is output to the movement command generation unit 1.
  • the movement command generation unit 1 to which the abnormality information is input stops outputting the movement command ⁇ * to the position control unit 2.
  • the movement command generation unit 1 to which the abnormality information is input outputs a movement command ⁇ * for decelerating the motor to the position control unit 2. That is, the value of the movement command ⁇ * is gradually reduced, and finally the output of the movement command ⁇ * is stopped.
  • the determination unit 40 determines that there is an abnormality
  • the determination unit 40 outputs an operation signal that instructs the operation unit 21 of the power supply unit 10 to turn off the power.
  • the operation unit 21 receives an operation signal instructing power off from the determination unit 40, the operation unit 21 shuts off the switch 20 of the power supply unit 10 and stops the power supply to the amplifier 6.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit 40 according to the second embodiment.
  • step S4 a current difference ⁇ Iq between the current command Iq * and the detected current value Iq is obtained.
  • step S5 the absolute value of the current difference ⁇ Iq obtained in step S4 is compared with a first predetermined value C1. If the absolute value of the current difference ⁇ Iq is greater than or equal to the first predetermined value C1, the process proceeds to step S10.
  • step S10 a speed difference ⁇ between the motor speed command ⁇ * and the detected motor speed value ⁇ is obtained.
  • step S11 the absolute value of the speed difference ⁇ obtained in step S10 is compared with a second predetermined value C2. If the absolute value of the speed difference ⁇ is greater than or equal to the second predetermined value C2 in step S11, the process proceeds to step S12, and the determination unit 40 performs an abnormality process.
  • the determination unit 40 ends the process.
  • the abnormality process in step S ⁇ b> 12 is an operation signal for instructing output of abnormality information from the determination unit 40 to the movement command generation unit 1 or power-off to the operation unit 21. It is output.
  • abnormalities in motor operation can be detected by detecting the difference between the motor speed command ⁇ * and the motor speed detection value ⁇ in addition to the difference between the current command I * and the current detection value Iq.
  • all motors can be quickly stopped before an unplanned movement delay occurs with respect to the movement command ⁇ *. Thereby, it can avoid that the end effector of a robot remove
  • the motor speed detection value ⁇ may be as shown in the motor speed command ⁇ *. . Therefore, it is desirable to monitor both the current flowing through the motor and the motor rotation speed, and to determine that there is an abnormality when both are in an abnormal state. Thereby, since erroneous detection of abnormality can be prevented, unnecessary abnormal stop of the robot system can be prevented.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the robot system according to the third embodiment. 5 is different from FIG. 1 in that the determination unit 30 having the configuration shown in FIG. 1 is replaced with a determination unit 50, and further includes a detection unit 51 and a recording unit 52.
  • the determination unit 50 receives the difference between the current command Iq * output from the limiting unit 4 and the current detection value Iq output from the dq conversion unit 11. Further, the determination unit 50 receives a difference between the motor speed command ⁇ * output from the position control unit 2 and the detected motor speed ⁇ output from the processing unit 9. Further, the determination unit 50 receives the DC power supply voltage detection value output from the detection unit 51. Then, the determination unit 50 outputs abnormality information to the movement command generation unit 1. Further, the determination unit 50 outputs an operation signal to the operation unit 21 provided in the power supply unit 10. The detection unit 51 detects the DC power supply voltage generated by the power supply unit 10.
  • the determination unit 50 calculates the absolute value of the difference between the current command Iq * and the current detection value Iq, the absolute value of the difference between the motor speed command ⁇ * and the motor speed detection value ⁇ , and the DC power supply voltage from the detection unit 51. Monitor the detected value.
  • the absolute value of the difference between current command Iq * and current detection value Iq is greater than or equal to a predetermined value (first predetermined value), and the difference between motor speed command ⁇ * and motor speed detection value ⁇ If the absolute value is greater than or equal to a predetermined value (second predetermined value), the power supply voltage detection value from the detection unit 51 is further determined. Based on the determination result of the DC power supply voltage detection value, the determination unit 50 determines an overload abnormality or a power supply voltage abnormality.
  • the determination unit 50 If it is determined that the overload abnormality or the power supply voltage abnormality is detected, the determination unit 50 outputs abnormality information to the movement command generation unit 1 and outputs the cause information (overload abnormality or power supply voltage abnormality) to the recording unit 52.
  • the movement command generation unit 1 to which the abnormality information is input stops outputting the movement command ⁇ * to the position control unit 2.
  • the movement command generation unit 1 to which the abnormality information is input outputs a movement command ⁇ * for decelerating the motor to the position control unit 2. That is, the value of the movement command ⁇ * is gradually reduced, and finally the output of the movement command ⁇ * is stopped.
  • the determination unit 50 determines that there is an abnormality
  • the determination unit 50 outputs an operation signal that instructs the operation unit 21 of the power supply unit 10 to turn off the power.
  • the operation unit 21 receives an operation signal instructing to turn off the power from the determination unit 50, the operation unit 21 shuts off the switch 20 of the power supply unit 10 and stops the power supply to the amplifier 6.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit 50 according to the third embodiment.
  • step S4 a current difference ⁇ Iq between the current command Iq * and the detected current value Iq is obtained.
  • step S5 the absolute value of the current difference ⁇ Iq obtained in step S4 is compared with a first predetermined value C1. If the absolute value of the current difference ⁇ Iq is greater than or equal to the first predetermined value C1, the process proceeds to step S10.
  • step S10 a speed difference ⁇ between the motor speed command ⁇ * and the detected motor speed value ⁇ is obtained.
  • step S11 the absolute value of the speed difference ⁇ obtained in step S10 is compared with a second predetermined value C2.
  • step S11 If the absolute value of the speed difference ⁇ is greater than or equal to the second predetermined value C2 in step S11, the process proceeds to step S20 to obtain the detected value Ed of the DC power supply voltage of the power supply unit 10. Subsequently, the process proceeds to step S21, and the detection value Ed is compared with a third predetermined value C3.
  • step S21 If the detected value Ed of the DC power supply voltage is greater than or equal to the third predetermined value C3 in step S21, it is determined that the overload is abnormal, and the process proceeds to step 23, where the detected value Ed of the DC power supply voltage is less than the third predetermined value C3. If so, it is determined that the power supply voltage is abnormal, and the process proceeds to step 22. In step 23, an overload abnormality process is performed. In step 22, power supply voltage abnormality processing is performed.
  • the determination unit 50 ends the process.
  • an abnormality in the motor operation can be detected by detecting the difference between the motor speed command ⁇ * and the detected motor speed value ⁇ .
  • the cause of the abnormality can be specified by determining the detection value Ed of the DC power supply voltage from the power supply unit 10. As a result, the cause of the abnormality can be efficiently removed, and the robot system can be quickly restored.
  • the third embodiment may be applied to the second embodiment. That is, the determination unit 40 of the second embodiment may be replaced with the determination unit 50 of the third embodiment, and the detection unit 51 of the third embodiment may be provided in the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of the robot system according to the fourth embodiment. 7 is different from FIG. 5 in that the determination unit 50 having the configuration shown in FIG.
  • the determination unit 60 receives the difference between the current command Iq * output from the limiting unit 4 and the current detection value Iq output from the dq conversion unit 11. Further, the determination unit 60 receives a difference between the motor speed command ⁇ * output from the position control unit 2 and the detected motor speed value ⁇ output from the processing unit 9. Further, the determination unit 60 receives the DC power supply voltage detection value output from the detection unit 51. Further, the determination unit 60 receives the detected motor speed value ⁇ output from the processing unit 9. Then, the determination unit 60 outputs abnormality information to the movement command generation unit 1. Further, the determination unit 60 outputs an operation signal to the operation unit 21 provided in the power supply unit 10.
  • the determination unit 60 determines the absolute value of the difference between the current command Iq * and the current detection value Iq, the absolute value of the difference between the motor speed command ⁇ * and the motor speed detection value ⁇ , and the DC power supply voltage from the detection unit 51.
  • the detection value and the motor speed detection value ⁇ are monitored.
  • the absolute value of the difference between current command Iq * and current detection value Iq is greater than or equal to a predetermined value (first predetermined value), and the difference between motor speed command ⁇ * and motor speed detection value ⁇
  • the DC power supply voltage detection value from the detection unit 51 and the motor speed detection value ⁇ from the processing unit 9 are further determined. According to the determination result of the DC power supply voltage detection value and the motor speed detection value ⁇ , it is determined that there is an overload abnormality, a power line abnormality, or a power supply voltage abnormality.
  • the determination unit 60 If it is determined that there is any of an overload abnormality, a power line abnormality, or a power supply voltage abnormality, the determination unit 60 outputs abnormality information to the movement command generation unit 1 and causes the recording unit 52 to provide the cause information (overload abnormality, power line). An error or power supply voltage error) is output.
  • the movement command generation unit 1 to which the abnormality information is input stops outputting the movement command ⁇ * to the position control unit 2.
  • the movement command generator 1 to which the movement information is input outputs a movement command ⁇ * for decelerating the motor to the position controller 2. That is, the value of the movement command ⁇ * is gradually reduced, and finally the output of the movement command ⁇ * is stopped.
  • the determination unit 60 determines that there is an abnormality
  • the determination unit 60 outputs an operation signal that instructs the operation unit 21 of the power supply unit 10 to turn off the power.
  • the operation unit 21 receives an operation signal instructing to turn off the power from the determination unit 60, the operation unit 21 shuts off the switch 20 of the power supply unit 10 and stops the power supply to the amplifier 6.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a processing flow of the determination unit 60 according to the fourth embodiment.
  • step S4 a current difference ⁇ Iq between the current command Iq * and the detected current value Iq is obtained.
  • step S5 the absolute value of the current difference ⁇ Iq obtained in step S4 is compared with a first predetermined value C1. If the absolute value of the current difference ⁇ Iq is greater than or equal to the first predetermined value C1, the process proceeds to step S10.
  • step S10 a speed difference ⁇ between the motor speed command ⁇ * and the detected motor speed value ⁇ is obtained.
  • step S11 the absolute value of the speed difference ⁇ obtained in step S10 is compared with a second predetermined value C2.
  • step S11 If the absolute value of the speed difference ⁇ is greater than or equal to the second predetermined value C2 in step S11, the process proceeds to step S20 to obtain the detected value Ed of the DC power supply voltage of the power supply unit 10. Subsequently, the process proceeds to step S21, and the detection value Ed is compared with a third predetermined value C3.
  • step S21 if the detected value Ed of the DC power supply voltage is less than the third predetermined value C3, it is determined that the power supply voltage is abnormal, and in step 22, power supply voltage abnormality processing is performed. If the detected value Ed of the DC power supply voltage is greater than or equal to the third predetermined value C3 in step 21, the absolute value of the motor speed detected value ⁇ is compared with the fourth predetermined value C4 in step S30.
  • step S30 if the absolute value of the detected motor speed value ⁇ is equal to or greater than the fourth predetermined value C4, it is determined that an overload abnormality has occurred, and an overload abnormality process is performed in step S23. On the other hand, if the absolute value of the detected motor speed ⁇ is less than the fourth predetermined value C4 in step S30, it is determined that the power line is abnormal, and power line abnormality processing is performed in step S31.
  • the determination unit 60 ends the process.
  • an abnormality in the operation of the motor 7 can be detected by detecting the difference between the motor speed command ⁇ * and the detected motor speed value ⁇ . Thereby, the robot system can be quickly stopped. Further, in the fourth embodiment, by determining the detected value Ed of the DC power supply voltage from the power supply unit 10 and the detected motor speed value ⁇ from the processing unit 9, the cause of the abnormality can be specified in more detail. As a result, the cause of the abnormality can be efficiently removed, and the robot system can be quickly restored.
  • an abnormality relating to a current control system can be detected and an indefinite operation can be avoided, so that it is industrially useful as an abnormality determination method for an industrial machine such as a robot.

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Abstract

　モータを用いて駆動される産業用機械の異常判定方法である。モータの電流指令値とモータの電流実測値との電流差が第１の所定値以上であり、かつ、モータの指令回転数とモータの実回転数との差が第２の所定値以上である場合には、産業用機械に異常が発生していると判定する。これにより、電流制御に関わる異常が発生した場合に、速やかにロボットシステムを停止でき、ロボットシステムの異常使用を回避できる。

Description

産業用機械の異常判定方法
　本発明は、ロボット制御装置等のモータ制御装置を用いた産業用機械の異常判定方法および制御方法に関する。
　ロボット制御装置等のモータ制御装置を使ったロボットシステムの一例について、図９を用いて説明する。図９はロボットシステムの概略構成を示す図である。図９に示すロボットシステムは、移動指令生成部１と、位置制御部２と、速度制御部３と、電流制御部５と、アンプ６と、モータ７とを有する。移動指令生成部１は、モータ７を駆動するための移動指令を生成する。位置制御部２は、ロボットシステムが作業を行う位置を制御する。速度制御部３は、ロボットシステムの動作速度を制御する。電流制御部５は、アンプ６に出力する電流を制御する。アンプ６は、モータ７に電流を供給する。さらに、ロボットシステムは、アンプ６に電力を供給する電源部１０を有する。また、モータ７には、モータ７の回転角度を検出する位置検出器８が付随している。そして、ロボットシステムは、位置検出器８から出力されたモータ回転角度情報を処理する処理部９を有する。なお、モータ７は、例えば、回転子である永久磁石を有し、固定子であるコイルに交流電流を流すことによって回転磁界を発生させて駆動する同期モータである。
　移動指令生成部１は、ユーザが作成した動作プログラムに基づいてロボットの動作の軌道を計画して移動指令Δθ＊を生成する。移動指令Δθ＊は、モータ７の単位時間当たりの回転量を示すものであり、所定の周期で出力される。
　位置制御部２には、移動指令生成部１から所定の周期で出力される移動指令Δθ＊が入力される。位置制御部２は、移動指令Δθ＊を積算するとともに、積算した移動指令Δθ＊から所定の周期の実際の移動量Δθを減算していく。実際の移動量Δθとは、位置検出器８からの出力を処理部９で処理して得られる、所定時間毎のモータ７の回転角移動量である。
　位置制御部２の内部では、移動指令Δθ＊の総和と実際の移動量Δθの総和の差分が位置偏差量として保持される。この位置偏差量に比例定数（位置ゲイン）を乗じた速度指令ω＊が位置制御部２から出力される。
　速度制御部３には、位置制御部２から出力された速度指令ω＊とモータ７の実際のモータ回転速度ωとの差分値が入力される。速度制御部３は、この差分値に例えばＰＩ制御を施して電流指令Ｉ＊を出力する。モータ７の実際のモータ回転速度ωとは、位置検出器８からの出力を処理部９で処理して得られる、所定時間ごとのモータ７の回転速度である。
　速度制御部３から出力される電流指令Ｉ＊は、制限部４によって、モータ７が許容する最大電流値に制限される。
　電流制御部５には、制限部４によって最大値を制限された電流指令Ｉｑ＊が入力される。電流制御部５は、電流指令Ｉｑ＊と同じ電流がモータ７に流れるように電流を制御する。
　電流制御の方法としては、一般的にｄｑ制御が知られている。ｄｑ制御とは、モータ７の三相交流電流を二相直流電流に変換（ｄｑ変換）して制御することである。交流電流を直流化することによりＰＩ制御をかけることができ、電流指令値に対して実際の電流値の定常偏差をなくした制御を行うことができる。電流制御部５の点線枠内は、そのための構成を示している。
　電流制御部５をさらに詳しく説明する。モータ７の三相交流電流のうちの二相の交流電流値ＩｕおよびＩｖを電流検出器１５と電流検出器１６で検出する。二相の交流電流値ＩｕおよびＩｖをｄｑ変換部１１で二相の直流の電流検出値Ｉｄと電流検出値Ｉｑに変換する。ここで、電流検出値Ｉｑは、モータ７の回転子の磁束に直交する磁界を固定子のコイルに発生させてモータ７にトルクを発生させるための電流である。また、電流検出値Ｉｄは、電流検出値Ｉｑによる磁界に直交した磁界を発生させる電流である。電流検出値Ｉｄは、モータ７にトルクを発生させるのに寄与しない。
　電流制御部５では、電流検出値Ｉｑが電流指令Ｉｑ＊に一致するように、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの偏差に対してＰＩ制御部１３でＰＩ制御をかける。また、電流検出値Ｉｄは、モータ７のトルク発生に寄与しない無駄な電流となる。そのため、通常は、電流制御部５では、電流検出値Ｉｄが０になるように制御される。すなわち、電流指令Ｉｄ＊は０を設定し、電流指令Ｉｄ＊と電流検出値Ｉｄとの偏差に対してＰＩ制御部１２でＰＩ制御をかける。
　ＰＩ制御部１２からは、直流電圧指令Ｖｄ＊が出力され、ＰＩ制御部１３からは直流電圧指令Ｖｑ＊が出力される。直流電圧指令Ｖｄ＊および直流電圧指令Ｖｑ＊は、ＰＷＭ指令生成部１４において三相電圧指令に変換される。ＰＷＭ指令生成部１４は、さらに、三相電圧指令をＰＷＭ指令Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に変換して出力する。
　アンプ６は、ＰＷＭ指令Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が入力され、モータ７へ三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを出力する。
　アンプ６には、電源部１０から出力された直流電源電圧Ｖｐ，Ｖｎにより電力が供給される。この直流電源電圧Ｖｐ，Ｖｎがモータ７への電流の供給源となる。
　図１０は、アンプ６の構成を示す図である。アンプ６は、ＰＷＭ指令Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２によりスイッチング素子９０～９５をスイッチングすることで電流の転流を行い、モータ７に三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを出力する。
　なお、図９の電源部１０では、交流電源１７からの交流電圧が整流回路１８で整流され、さらに平滑コンデンサ１９で平滑され、直流電圧Ｖｐ，Ｖｎがアンプ６に出力される。また、電源部１０には、アンプ６への電力供給を遮断するための開閉器２０が設けられている。
　上記説明の構成でロボットシステムを制御したときの各部の信号の挙動の一例を、図１１に示す。図１１に示す各符号は、図９の説明に用いた符号と同じものである。図１１では、モータ７が停止した状態から加速して一定の速度に達したときの様子を示している。位置制御では、移動指令Δθ＊に対して、移動量Δθが遅れるようになる。速度制御、電流制御では、ＰＩ制御が行われた結果、速度指令ω＊に対する実際の速度ω、または、電流指令Ｉｑ＊に対する実際の電流Ｉｑは一致している。位置制御、速度制御、電流制御の各制御系が正常に制御されていれば、各部の波形は図１１のようになる。
　なお、モータ７には、無制限に電流を流すことはできず、電流指令Ｉｑ＊は制限部４によって最大値が制限されている。何らかの原因で、例えば負荷の大きさに比べて目標速度への加速時間が小さ過ぎたりする場合、電流指令Ｉｑ＊は制限された最大値（以下、制限値とする）に達することがある。このような状態が継続すると、位置偏差量が過大となり、速度のオーバーシュートが生じる。これを回避するため、電流指令Ｉｑ＊が制限値に達した場合に移動指令Δθ＊を間引くことで、位置偏差量を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－３２１０００号公報
　ところで、ロボットシステムでは、上述のように制御されたモータ７を複数軸備えてエンドエフェクタの軌跡制御が行われる。エンドエフェクタが所望の軌跡を描くようにするためには、各軸のモータ７それぞれが、制限値以下の電流で正常に制御がなされ、全軸が位置的に同期して動作する必要がある。
　万一、ある軸のモータにおいて電流指令Ｉｑ＊が制限値に達すると、本来必要な駆動トルクが得られず、当該軸だけが他軸に対する相対的な位置の遅れが生じる。
　なお、特許文献１に挙げた方法では、当該軸の位置偏差量は抑制できるが、他軸に対する相対的な位置の遅れは生じてしまう。
　このように、全軸の位置の同期がとれなくなって、エンドエフェクタが意図した軌跡上から外れると、エンドエフェクタが周囲の配置物と干渉（衝突）する可能性がある。
　本来必要なモータ駆動トルクが得られなくなる原因として、モータに流す電流がその制限値に達する場合だけでなく、電流指令Ｉｑ＊が制限値以下であっても、実際には、電流指令Ｉｑ＊の通りにモータに電流が流せていない場合がある。
　電流制御系の構成要素に不調が生じた場合は、電流指令Ｉｑ＊の通りにモータに電流を流せなくなる。例えば、アンプ６内のスイッチング素子９０～９５の不良、モータ７の動力線の通電不良、あるいは、電源部１０からアンプ６への直流電源電圧Ｖｐ，Ｖｎが低下等である。
　このような場合には、ロボットシステムを速やかに停止させて、不調要因の解消をはかる。
　また、電流制御系の不調の要因は様々であり、不調要因を解消して速やかにロボットシステムの復旧をなすためには、不調要因を特定する必要がある。
　このような課題に対し、本発明の目的は、電流制御系の不調を検知し、ロボットシステムを速やかに停止することである。また、電流制御系の不調の要因を特定し、速やかな復旧をすることである。
　本発明の産業用機械の異常判定方法は、モータを用いて駆動される産業用機械の異常判定方法である。モータの電流指令値とモータの電流実測値との電流差が第１の所定値以上であり、かつ、モータの指令回転数とモータの実回転数との差が第２の所定値以上である場合には、産業用機械に異常が発生していると判定する。
　また、本発明の産業用機械の異常判定方法は、上記に加えて、産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、モータに供給する電力を遮断してモータを停止する。
　また、本発明の産業用機械の異常判定方法は、上記に加えて、産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、モータ指令回転数を減少することでモータの回転を減速させて、モータを停止する。
　また、本発明の産業用機械の異常判定方法は、上記に加えて、産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、モータに印加される直流電源電圧が第３の所定値未満であれば、直流電源電圧が異常であると判定する。
　また、本発明の産業用機械の異常判定方法は、上記に加えて、産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、モータに印加される直流電源電圧が第３の所定値以上であれば、モータが過負荷であると判定する。
　また、本発明の産業用機械の異常判定方法は、上記に加えて、産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、モータの実回転速度が第４の所定値より低ければ、モータに電力を供給する線が断線していると判定する。
　以上のように、本発明によれば、電流制御に関わる異常が発生した場合に、速やかにロボットシステムを停止でき、ロボットシステムの異常使用を回避できる。
図１は、本発明の実施の形態１におけるロボットシステムの概略構成を示す図である。 図２は、実施の形態１における判定部の処理フローを示す図である。 図３は、実施の形態２におけるロボットシステムの概略構成を示す図である。 図４は、実施の形態２における判定部の処理フローを示す図である。 図５は、実施の形態３におけるロボットシステムの概略構成を示す図である。 図６は、実施の形態３における判定部の処理フローを示す図である。 図７は、実施の形態４におけるロボットシステムの概略構成を示す図である。 図８は、実施の形態４における判定部の処理フローを示す図である。 図９は、従来のロボットシステムの概略構成を示す図である。 図１０は、アンプの概略構成を示す図である。 図１１は、正常動作時の各信号の挙動の一例を示す図である。 図１２は、異常動作時の各信号の挙動の一例を示す図である。 図１３は、モータの特性を示す図である。 図１４は、ｄｑ制御における各部信号の状態の一例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
　（実施の形態１）
　本実施の形態１について、図１と図２を用いて説明する。なお、背景技術で説明した図９と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図１は、実施の形態１のロボットシステムの概略構成を示す図である。図１において、図９と異なる主な点は、判定部３０を設けた点である。
　判定部３０は、速度制御部３が出力する電流指令Ｉ＊と、ｄｑ変換部１１が出力する電流検出値Ｉｑが入力され、移動指令生成部１に異常情報を出力する。さらに、判定部３０は、電源部１０に設けられた操作部２１に操作信号を出力する。なお、操作部２１は、開閉器２０を操作する。
　判定部３０は、電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値を監視する。電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値が、所定の値（第１の所定値）以上の大きさになった場合には、判定部３０は、移動指令生成部１に異常情報を出力する。
　異常情報が入力された移動指令生成部１は、位置制御部２への移動指令Δθ＊の出力を停止する。または、異常情報が入力された移動指令生成部１は、位置制御部２へモータを減速させる移動指令Δθ＊を出力する。すなわち、移動指令Δθ＊の値を徐々に小さくし、最終的に移動指令Δθ＊の出力を停止する。
　さらに、判定部３０は、電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値が所定の値（第１の所定値）以上の大きさになったら、電源部１０の操作部２１に電源オフを指示する操作信号を出力する。操作部２１は、判定部３０から電源オフを指示する操作信号を受けたら、電源部１０の開閉器２０を遮断し、アンプ６への電源供給を停止する。
　図２は、実施の形態１の判定部３０の処理フローを示す図である。図２において、ステップＳ１で、電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとの電流差ΔＩｑを求める。ステップＳ２で、ステップＳ１で求めた電流差ΔＩｑの絶対値を、第１の所定値Ｃ１と比較する。電流差ΔＩｑの絶対値が、第１の所定値Ｃ１以上であればステップＳ３へ進み、判定部３０は異常処理を行う。また、電流差ΔＩｑの絶対値が第１の所定値Ｃ１未満であれば、判定部３０は処理を終了する。
　ステップＳ３の異常処理とは、図１を参照しながら前述したように、判定部３０から、移動指令生成部１への異常情報の出力や、操作部２１への電源オフを指示する操作信号の出力のことである。
　ここで、正常に電流制御がなされていれば、電流指令Ｉ＊は制限部４に制限されず、電流指令Ｉ＊と電流指令Ｉｑ＊とは一致する。そして、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとは、図１１に示すように殆ど一致する。これはＰＩ制御部１３の働きによるものである。
　ところが、電流制御系に何らかの異常が生じると、実際にモータ７に流れる電流が指令通りには流れず、電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとが異なる値となる。なお、電流制御系とは、主に、電流制御部５と、アンプ６と、モータ７と、電源部１０等を指す。
　電流制御系の異常の要因の一つとして、モータ７への電流を流す経路上の不調が考えられる。例えば、アンプ６内のスイッチング素子（図１０に示すスイッチング素子９０～９５）の故障や、アンプ６からモータ７へつながる動力線の通電不良等である。
　これ以外に、電流制御系の異常の要因として、モータ７の動作可能範囲を超えた電流をモータ７に流そうとする場合がある。図１３は、モータ７の特性を示す図であり、モータ７の許容電流が示されている。図１３において、横軸はモータ回転速度であり、縦軸はモータ電流である。
　図１３において、Ｉｍａｘはモータ７の許容電流のうちの最大値である。モータ７に許容電流以上の電流を流すことはモータ７を焼損させる可能性があり許されない。
　また、モータ回転速度がモータ回転速度ωａ以上では、モータ７の許容電流がＩｍａｘよりも小さく、モータ回転速度が大きくなるに従ってモータ７の許容電流は反比例的に小さくなる。例えば、モータ回転速度ωｅにおいて、モータ７の許容電流はＩｅである。これは、モータ７自体が発電機の機能をもち、起電力、いわゆる誘起電圧がモータ回転速度に比例して大きくなるためである。
　また、モータ回転速度に比例してモータ７のインダクタンスも大きくなるので、モータの許容電流は制限を受けることになる。このことについて以下に説明する。
　モータ７の三相交流電流を二相直流電流に変換したときのｄ軸電流をＩｄ、ｑ軸電流をＩｑとする。この場合、このために必要となるｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑは、それぞれ（式１）、（式２）のようになる。
　Ｖｄ＝Ｒ・Ｉｄ－ｐ・ω・Ｌ・Ｉｑ　　　（式１）
　Ｖｑ＝Ｒ・Ｉｑ＋ｐ・ω・Ｌ・Ｉｄ＋Ｋｅ・ω　　　（式２）
　ここで、Ｌは、モータ７の等価直流機インダクタンスである。Ｒは、モータ７の等価直流機抵抗である。Ｋｅは、モータ７の等価電圧定数である。ｐは、モータ７の極対数である。ωは、モータ７のモータ回転速度である。
　特に、Ｉｄ＝０とするならば、（式１）は（式３）のようになり、（式２）は（式４）のようになる。
　Ｖｄ＝－ｐ・ω・Ｌ・Ｉｑ　　　（式３）
　Ｖｑ＝Ｒ・Ｉｑ＋Ｋｅ・ω　　　（式４）
　これを実現するためのｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑを生成する元となる電圧は、電源部１０から供給される。よって、電源部１０が出力する直流電源電圧値をＥｄとすれば、（式５）の関係を満たす必要がある。
　（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）１／２≦Ｅｄ　　　（式５）
　Ｉｑ、Ｖｄ、Ｖｑ、Ｅｄの関係をベクトル図で示すと図１４のようになる。（式５）を満たす限りにおいて、所望のｑ軸電流Ｉｑを得ることが可能である。特に、ｑ軸電流Ｉｑ、モータ回転速度ωが、それぞれ図１３に示すＩｅ、ωｅであるなら、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑについて、（式６）の関係となる。
　（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）１／２＝Ｅｄ　　　（式６）
　つまり、モータ回転速度ωｅに対して、Ｉｅよりも大きなｑ軸電流を得ることはできない。
　図１２は、異常動作時の各信号の挙動の一例を示す図である。具体的には、Ｉｅよりも大きなｑ軸電流を流そうとした場合の制御系各部の信号の挙動である。図１２の各符号は、図１に示した各部の符号と同じである。
　図１２では、時刻ｔ２では、モータ回転速度はωｅ、ｑ軸電流はＩｅである。時刻ｔ２以後もモータ速度指令ω＊は上がり続け、実際の速度も上がろうとする。しかし、モータの許容電流はＩｅよりも小さくなるので、時刻ｔ２で電流指令Ｉｑ＊と実際の電流検出値Ｉｑとが異なり始める。具体的には、電流指令Ｉｑ＊は増加し、実際の電流検出値Ｉｑは減少する。そのため、時刻ｔ２以後、電流指令Ｉｑ＊と実際の電流検出値Ｉｑとの差は拡大し、時刻ｔ３以後は電流指令Ｉｑ＊と実際の電流検出値Ｉｑとは互いに異なる一定値となる。同様に、時刻ｔ２でモータ速度指令ω＊と実際のモータ回転速度ωとが異なり始める。そして、時刻ｔ３以後、実際のモータ回転速度ωは一定値で頭打ちとなる一方で、モータ速度指令ω＊は当初の目標速度ωｒを超えて上昇し続ける。
　これは、位置偏差量が拡大していくことを意味する。モータ速度指令ω＊は位置偏差量に比例定数（位置ゲイン）を乗じて得られるものだからである。すなわち、電流指令Ｉｑ＊と実際の電流検出値Ｉｑとの差は、位置偏差量の拡大をもたらす。そこで、電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑの差を監視して、電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの差の絶対値が第１の所定値Ｃ１を超えたことをもって、異常と判断するものである。
　ここで、第１の所定値Ｃ１は、電流制御が正常な状態においても起こりうる電流偏差量よりも十分に大きな値、すなわち、マージンをとった値とする。
　以上のように、電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとの差を検出することで、電流制御系の不調を検出でき、一部のモータにおいて、移動指令Δθ＊に対して予定外の移動遅れが発生する前に、全てのモータを速やかに停止させることができる。これにより、ロボットのエンドエフェクタが意図した軌跡上から外れ、周囲の配置物と干渉（衝突）することを回避できる。
　なお、本実施の形態１において、ロボットの例として、マニピュレータと、マニピュレータの動作を制御する制御装置とを有する産業用ロボットがある。また、マニピュレータに取り付けられるエンドエフェクタの例として、溶接に用いられる溶接用トーチがある。
　（実施の形態２）
　実施の形態２について、図３と図４を用いて説明する。実施の形態２において、実施の形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図３は、実施の形態２のロボットシステムの概略構成を示す図である。図３において、図１と異なる主な点は、図１の構成の判定部３０が、判定部４０に置き換わった点である。
　判定部４０は、制限部４が出力する電流指令Ｉｑ＊とｄｑ変換部１１が出力する電流検出値Ｉｑとの差分が入力される。さらに、判定部４０は、位置制御部２が出力するモータ速度指令ω＊と処理部９が出力するモータ速度検出値ωとの差分が入力される。そして、判定部４０は、移動指令生成部１に異常情報を出力する。さらに、判定部４０は、電源部１０に設けられた操作部２１に操作信号を出力する。
　判定部４０は、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値、および、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差の絶対値を監視する。電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値が所定の値（第１の所定値）以上の大きさであり、かつ、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差の絶対値が所定の値（第２の所定値）以上の大きさであれば、移動指令生成部１に異常情報を出力する。
　異常情報が入力された移動指令生成部１は、位置制御部２への移動指令Δθ＊の出力を停止する。または、異常情報が入力された移動指令生成部１は、位置制御部２へモータを減速させる移動指令Δθ＊を出力する。すなわち、移動指令Δθ＊の値を徐々に小さくし、最終的に移動指令Δθ＊の出力を停止する。
　さらに、判定部４０は、異常と判断した場合、電源部１０の操作部２１に電源オフを指示する操作信号を出力する。操作部２１は、判定部４０から電源オフを指示する操作信号を受けた場合、電源部１０の開閉器２０を遮断し、アンプ６への電源供給を停止する。
　図４は、実施の形態２の判定部４０の処理フローを示す図である。図４において、ステップＳ４で、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの電流差ΔＩｑを求める。ステップＳ５で、ステップＳ４で求めた電流差ΔＩｑの絶対値を、第１の所定値Ｃ１と比較する。電流差ΔＩｑの絶対値が、第１の所定値Ｃ１以上であれば、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０で、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの速度差Δωを求める。ステップＳ１１で、ステップＳ１０で求めた速度差Δωの絶対値を、第２の所定値Ｃ２と比較する。ステップＳ１１において、速度差Δωの絶対値が第２の所定値Ｃ２以上であれば、ステップＳ１２へ進み、判定部４０は異常処理を行う。
　なお、ステップＳ５において電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの電流差ΔＩｑの絶対値が第１の所定値Ｃ１未満である場合、もしくは、ステップＳ１１においてモータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの速度差Δωの絶対値が第２の所定値Ｃ２未満である場合には、判定部４０は処理を終了する。
　ステップＳ１２の異常処理とは、図３を参照しながら前述したように、判定部４０から、移動指令生成部１への異常情報の出力や、操作部２１への電源オフを指示する操作信号の出力のことである。
　以上のように、電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとの差に加えて、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差を検出することで、モータ動作の異常を検出できる。一部のモータにおいて、移動指令Δθ＊に対する予定外の移動遅れが発生する前に、全てのモータを速やかに停止させることができる。これにより、ロボットのエンドエフェクタが意図した軌跡上から外れ、周囲の配置物と干渉（衝突）することを回避できる。
　なお、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値が第１の所定値Ｃ１以上であっても、モータ速度検出値ωはモータ速度指令ω＊の通りになっている場合もある。そこで、モータに流す電流とモータ回転速度との両方を監視し、両方が異常の状態になった場合に異常と判定することが望ましい。これにより、異常の誤検出を防げるため、ロボットシステムの不必要な異常停止を防ぐことができる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３について、図５と図６を用いて説明する。実施の形態３において、実施の形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図５は、実施の形態３のロボットシステムの概略構成を示す図である。図５において、図１と異なる主な点は、図１の構成の判定部３０が判定部５０に置き換わり、さらに、検出部５１と記録部５２とを備えた点である。
　判定部５０は、制限部４が出力する電流指令Ｉｑ＊とｄｑ変換部１１が出力する電流検出値Ｉｑとの差分が入力される。さらに、判定部５０は、位置制御部２が出力するモータ速度指令ω＊と処理部９が出力するモータ速度検出値ωとの差分が入力される。さらに、判定部５０は、検出部５１が出力する直流電源電圧検出値が入力される。そして、判定部５０は、移動指令生成部１に異常情報を出力する。さらに、判定部５０は、電源部１０に設けられた操作部２１に操作信号を出力する。なお、検出部５１は、電源部１０が生成する直流電源電圧を検知する。
　判定部５０は、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値と、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差の絶対値と、検出部５１からの直流電源電圧の検出値とを監視する。電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値が所定の値（第１の所定値）以上の大きさであり、かつ、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差の絶対値が所定の値（第２の所定値）以上の大きさであれば、さらに、検出部５１からの電源電圧検出値を判定する。直流電源電圧検出値の判定結果に基づき、判定部５０は、過負荷異常もしくは電源電圧異常と判定する。過負荷異常もしくは電源電圧異常の判定の仕方については後述する。過負荷異常もしくは電源電圧異常と判断した場合、判定部５０は、移動指令生成部１に異常情報を出力するとともに、記録部５２にその要因情報（過負荷異常もしくは電源電圧異常）を出力する。
　異常情報が入力された移動指令生成部１は、位置制御部２への移動指令Δθ＊の出力を停止する。または、異常情報が入力された移動指令生成部１は、位置制御部２へモータを減速させる移動指令Δθ＊を出力する。すなわち、移動指令Δθ＊の値を徐々に小さくし、最終的に移動指令Δθ＊の出力を停止する。
　さらに、判定部５０は、異常と判断した場合、電源部１０の操作部２１に電源オフを指示する操作信号を出力する。操作部２１は、判定部５０から電源オフを指示する操作信号を受けた場合、電源部１０の開閉器２０を遮断し、アンプ６への電源供給を停止する。
　図６は、実施の形態３の判定部５０の処理フローを示す図である。図６において、ステップＳ４で、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの電流差ΔＩｑを求める。ステップＳ５で、ステップＳ４で求めた電流差ΔＩｑの絶対値を、第１の所定値Ｃ１と比較する。電流差ΔＩｑの絶対値が、第１の所定値Ｃ１以上であれば、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０で、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの速度差Δωを求める。ステップＳ１１で、ステップＳ１０で求めた速度差Δωの絶対値を第２の所定値Ｃ２と比較する。ステップＳ１１において、速度差Δωの絶対値が第２の所定値Ｃ２以上であれば、ステップＳ２０に進み、電源部１０の直流電源電圧の検出値Ｅｄを得る。引き続き、ステップＳ２１に進み、検出値Ｅｄを第３の所定値Ｃ３と比較する。
　ステップＳ２１において、直流電源電圧の検出値Ｅｄが第３の所定値Ｃ３以上であれば、過負荷異常と判断してステップ２３に進み、直流電源電圧の検出値Ｅｄが第３の所定値Ｃ３未満であれば、電源電圧異常と判断してステップ２２に進む。ステップ２３では、過負荷異常処理が行われる。ステップ２２では、電源電圧異常処理が行われる。
　なお、電流差ΔＩｑの絶対値が第１の所定値Ｃ１未満、もしくは、速度差Δωの絶対値が第２の所定値Ｃ２未満であれば、判定部５０は処理を終了する。
　以上のように、電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとの差に加えて、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差を検出してモータ動作の異常を検出できる。これにより、ロボットシステムを速やかに停止することができる。さらに、実施の形態３では、電源部１０からの直流電源電圧の検出値Ｅｄを判定することで、異常の要因を特定することができる。これにより、効率的に異常の要因を取り除くことができ、速やかにロボットシステムを復旧できる。
　なお、実施の形態２に本実施の形態３を適用するようにしてもよい。すなわち、実施の形態２の判定部４０を本実施の形態３の判定部５０に置き換え、さらに、実施の形態２において本実施の形態３の検出部５１を設けるようにしてもよい。
　（実施の形態４）
　実施の形態４について、図７と図８を用いて説明する。実施の形態４において、実施の形態３と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図７は、実施の形態４のロボットシステムの概略構成を示す図である。図７において、図５と異なる主な点は、図５の構成の判定部５０が、判定部６０に置き換わった点である。
　判定部６０は、制限部４が出力する電流指令Ｉｑ＊とｄｑ変換部１１が出力する電流検出値Ｉｑとの差分が入力される。さらに、判定部６０は、位置制御部２が出力するモータ速度指令ω＊と処理部９が出力するモータ速度検出値ωとの差分が入力される。さらに、判定部６０は、検出部５１が出力する直流電源電圧検出値が入力される。さらに、判定部６０は、処理部９が出力するモータ速度検出値ωが入力される。そして、判定部６０は、移動指令生成部１に異常情報を出力する。さらに、判定部６０は、電源部１０に設けられた操作部２１に操作信号を出力する。
　判定部６０は、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値と、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差の絶対値と、検出部５１からの直流電源電圧の検出値と、モータ速度検出値ωとを監視する。電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの差の絶対値が所定の値（第１の所定値）以上の大きさであり、かつ、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差の絶対値が所定の値（第２の所定値）以上の大きさであれば、さらに、検出部５１からの直流電源電圧検出値と処理部９からのモータ速度検出値ωとを判定する。直流電源電圧検出値およびモータ速度検出値ωの判定結果に応じて、過負荷異常、動力線異常、電源電圧異常のいずれかと判定する。
　過負荷異常、動力線異常、電源電圧異常のいずれかと判断した場合、判定部６０は、移動指令生成部１に異常情報を出力するとともに、記録部５２にその要因情報（過負荷異常、動力線異常、電源電圧異常のいずれか）を出力する。
　異常情報が入力された移動指令生成部１は、位置制御部２への移動指令Δθ＊の出力を停止する。または、移動情報が入力された移動指令生成部１は、位置制御部２へモータを減速させる移動指令Δθ＊を出力する。すなわち、移動指令Δθ＊の値を徐々に小さくし、最終的に移動指令Δθ＊の出力を停止する。
　さらに、判定部６０は、異常と判断した場合、電源部１０の操作部２１に電源オフを指示する操作信号を出力する。操作部２１は、判定部６０から電源オフを指示する操作信号を受けた場合、電源部１０の開閉器２０を遮断し、アンプ６への電源供給を停止する。
　図８は、実施の形態４の判定部６０の処理フローを示す図である。図８において、ステップＳ４で、電流指令Ｉｑ＊と電流検出値Ｉｑとの電流差ΔＩｑを求める。ステップＳ５で、ステップＳ４で求めた電流差ΔＩｑの絶対値を、第１の所定値Ｃ１と比較する。電流差ΔＩｑの絶対値が、第１の所定値Ｃ１以上であれば、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０で、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの速度差Δωを求める。ステップＳ１１で、ステップＳ１０で求めた速度差Δωの絶対値を第２の所定値Ｃ２と比較する。ステップＳ１１において、速度差Δωの絶対値が第２の所定値Ｃ２以上であれば、ステップＳ２０に進み、電源部１０の直流電源電圧の検出値Ｅｄを得る。引き続き、ステップＳ２１に進み、検出値Ｅｄを第３の所定値Ｃ３と比較する。
　ステップＳ２１において、直流電源電圧の検出値Ｅｄが第３の所定値Ｃ３未満であれば、電源電圧異常と判断され、ステップ２２において電源電圧異常処理が行われる。ステップ２１において、直流電源電圧の検出値Ｅｄが第３の所定値Ｃ３以上であれば、ステップＳ３０において、モータ速度検出値ωの絶対値を第４の所定値Ｃ４と比較する。
　ステップＳ３０において、モータ速度検出値ωの絶対値が第４の所定値Ｃ４以上であれば、過負荷異常と判断し、ステップＳ２３において過負荷異常処理が行われる。一方、ステップＳ３０において、モータ速度検出値ωの絶対値が第４の所定値Ｃ４未満であれば、動力線異常と判断され、ステップＳ３１において動力線異常処理が行われる。
　なお、電流差ΔＩｑの絶対値が第１の所定値Ｃ１未満、もしくは、速度差Δωの絶対値が第２の所定値Ｃ２未満であれば、判定部６０は処理を終了する。
　以上のように、電流指令Ｉ＊と電流検出値Ｉｑとの差に加えて、モータ速度指令ω＊とモータ速度検出値ωとの差を検出してモータ７の動作の異常を検出できる。これにより、ロボットシステムを速やかに停止することができる。さらに、実施の形態４では、電源部１０からの直流電源電圧の検出値Ｅｄと処理部９からのモータ速度検出値ωとを判定することで、異常の要因をより細かく特定することができる。これにより、効率的に異常の要因を取り除くことができ、速やかにロボットシステムを復旧できる。
　本発明の産業用機械の異常判定方法によれば、電流制御系に関わる異常を検知でき、不定な動作を回避できるので、例えばロボット等の産業用機械の異常判定方法として産業上有用である。
　１　移動指令生成部
　２　位置制御部
　３　速度制御部
　４　制限部
　５　電流制御部
　６　アンプ
　７　モータ
　８　位置検出器
　９　処理部
　１０　電源部
　１１　ｄｑ変換部
　１２　ＰＩ制御部
　１３　ＰＩ制御部
　１４　ＰＷＭ指令生成部
　１５　電流検出器
　１６　電流検出器
　１７　交流電源
　１８　整流回路
　１９　平滑コンデンサ
　２０　開閉器
　２１　操作部
　３０　判定部
　４０　判定部
　５０　判定部
　５１　検出部
　５２　記録部
　６０　判定部
　９０　スイッチング素子
　９１　スイッチング素子
　９２　スイッチング素子
　９３　スイッチング素子
　９４　スイッチング素子
　９５　スイッチング素子

Claims (6)

  1. 　モータを用いて駆動される産業用機械の異常判定方法であって、
    　前記モータの電流指令値と前記モータの電流実測値との電流差が第１の所定値以上であり、かつ、
    　前記モータの指令回転数と前記モータの実回転数との速度差が第２の所定値以上である場合には、
    　産業用機械に異常が発生していると判定する産業用機械の異常判定方法。
  2. 　産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、
    　前記モータに供給する電力を遮断して前記モータを停止する請求項１に記載の産業用機械の異常判定方法。
  3. 　産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、
    　前記モータ指令回転数を減少することで前記モータの回転を減速させて、前記モータを停止する請求項１に記載の産業用機械の異常判定方法。
  4. 　産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、
    　前記モータに印加される直流電源電圧が第３の所定値未満であれば、前記直流電源電圧が異常であると判定する請求項１～３のいずれかに記載の産業用機械の異常判定方法。
  5. 　産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、
    　前記モータに印加される直流電源電圧が第３の所定値以上であれば、前記モータが過負荷であると判定する請求項１～３のいずれかに記載の産業用機械の異常判定方法。
  6. 　産業用機械に異常が発生していると判定した場合に、
    　前記モータの実回転速度が第４の所定値より低ければ、前記モータに電力を供給する線が断線していると判定する請求項１～５のいずれか１項に記載の産業用機械の異常判定方法。
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