專利名稱：伺服電動機停止控制方法以及伺服電動機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伺服電動機停止控制方法以及伺服電動機控制裝置，其適用于例如使用產(chǎn)業(yè)機器人、機床、位置決定裝置等的伺服電動機的系統(tǒng)，通過速度控制對裝有制動器的伺服電動機的旋轉(zhuǎn)進行制動使其停止。
背景技術(shù)：
目前，在具有伺服電動機的各種系統(tǒng)中，為了在緊急停止時使伺服電動機在盡可能短的時間內(nèi)并且安全地停止，使用利用了伺服電動機的再生能的動力制動器和電磁制動器來使其減速/停止，在伺服電動機停止后通過電磁制動器來保持可動部的停止?fàn)顟B(tài)。圖4是將現(xiàn)有的伺服電動機的緊急停止時的減速特性與使制動器有效的時間相結(jié)合，以伺服電動機的旋轉(zhuǎn)速度與時間之間的關(guān)系來進行表示。
如圖4所示，雖然在緊急停止時，當(dāng)使動力制動器與電磁制動器有效時可以縮短停止時間T，但另一方面，由于剛剛緊急停止后的制動轉(zhuǎn)矩過大，因而存在在減速中產(chǎn)生振動、沖擊這樣的問題。產(chǎn)生了振動、沖擊的部分與表示減速特性的曲線雜亂的部分相對應(yīng)。
為了解決上述的問題，在圖5中表示了取代動力制動器，使用通過速度控制的制動方法來進行伺服電動機的減速處理的一個例子。該圖5是在緊急停止時，進行通過速度控制的減速處理，在伺服電動機的旋轉(zhuǎn)停止后使電磁制動器有效。根據(jù)圖5可知，在該情況下，在電動機的減速中不產(chǎn)生振動、沖擊，表示減速特性的曲線變得平穩(wěn)，但是伺服電動機的停止時間變長。并且，得到這樣的平穩(wěn)的曲線僅限于從伺服電動機的負(fù)載(轉(zhuǎn)速)較低的狀態(tài)進行緊急停止的情況，在從伺服電動機的速度、負(fù)載較高的狀態(tài)進行緊急停止時，判明如圖6所示曲線比較雜亂。
在圖6中，結(jié)合使電磁制動器有效的時間，表示了電動機的轉(zhuǎn)矩特性以及電動機的減速特性。表示減速特性的曲線波狀地雜亂的部分與表示轉(zhuǎn)矩特性的曲線的飽和的部分，即平直的頂點部分。即，表示減速特性的曲線波狀地雜亂的原因在于，通過速度控制對伺服電動機進行減速控制時的制動轉(zhuǎn)矩到達(dá)各個伺服電動機所具有的固有的最大允許轉(zhuǎn)矩，陷入伺服電動機不能控制的狀態(tài)，起因在于伺服電動機的轉(zhuǎn)矩不足。在圖6中可知以虛線表示速度指令，以實線表示實際的速度結(jié)果，由于轉(zhuǎn)矩不足導(dǎo)致速度結(jié)果雜亂，停止時間變長。
如上所述，通過對伺服電動機進行速度控制，可以使伺服電動機平穩(wěn)地停止，但是在從伺服電動機的速度、負(fù)載較高的狀態(tài)使伺服電動機緊急停止的情況下，制動轉(zhuǎn)矩飽和，由此成為不能控制的狀態(tài)，存在產(chǎn)生振動、產(chǎn)生針對控制指令的應(yīng)答延遲的問題。即，在伺服電動機的旋轉(zhuǎn)速度、負(fù)載低的條件下，可以不產(chǎn)生振動在較短的停止時間內(nèi)使伺服電動機停止，但在伺服電動機的旋轉(zhuǎn)速度、負(fù)載近似于最高(最大)的條件下，由于伺服電動機的轉(zhuǎn)矩不足導(dǎo)致無法控制，存在產(chǎn)生振動、產(chǎn)生針對控制指令的應(yīng)答延遲的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況，其目的在于提供一種在緊急停止時，能夠以較短的時間、較短的停止距離，平穩(wěn)地停止的伺服電動機停止控制方法以及伺服電動機控制裝置。
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種伺服電動機停止控制方法，其在使裝有制動器的伺服電動機的旋轉(zhuǎn)停止的伺服電動機停止控制方法中，在通過速度控制使所述伺服電動機正在減速時使所述制動器有效地執(zhí)行功能，從而使所述伺服電動機停止。
另外，本發(fā)明提供一種伺服電動機控制裝置，在具有對裝有制動器的伺服電動機進行控制的電動機控制部的伺服電動機控制裝置中，所述電動機控制部具有速度指令部，其為了使所述伺服電動機的旋轉(zhuǎn)停止輸出速度指令；和制動器開關(guān)部，其針對切換所述制動器的ON/OFF的制動器電路，輸出開關(guān)指令，通過所述速度指令部在所述伺服電動機正在減速時，通過所述制動器開關(guān)部使所述制動器有效地執(zhí)行功能，從而使所述伺服電動機停止。


通過與附圖相關(guān)聯(lián)的以下的最佳實施方式的說明，本發(fā)明的上述以及其他的目的、特征及優(yōu)點會更加明確。在圖中，圖1是表示本發(fā)明的伺服電動機控制裝置的一實施方式的結(jié)構(gòu)圖。
圖2結(jié)合使電磁制動器有效的時間，表示電動機的轉(zhuǎn)矩特性、電動機的減速特性。
圖3是通過伺服電動機控制裝置的停止控制的流程圖。
圖4是在現(xiàn)有的伺服電動機控制裝置中，結(jié)合使動力制動器以及電磁制動器有效的時間，表示電動機的減速特性的一個例子。
圖5是在現(xiàn)有的伺服電動機控制裝置中，結(jié)合使電磁制動器有效的時間，表示電動機的減速特性的另外的一個例子。
圖6是在現(xiàn)有的伺服電動機控制裝置中，結(jié)合使電磁制動器有效的時間，表示電動機的轉(zhuǎn)矩特性以及電動機的減速特性。
具體實施例方式
下面使用附圖對本發(fā)明的實施方式的具體例子進行詳細(xì)地說明。圖1是表示本發(fā)明的伺服電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
本實施方式的伺服電動機停止控制裝置1是一種對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動未圖示的多關(guān)節(jié)產(chǎn)業(yè)機器人的關(guān)節(jié)部的、裝有電磁制動器(制動器)9的伺服電動機2進行控制的控制裝置，具有電動機控制部4；和通過該電動機控制部4進行控制來切換電磁制動器(制動器)9的ON/OFF狀態(tài)的制動器電路5。
伺服電動機2具有電動機主體7；作為檢測電動機的位置信息的位置檢測器的編碼器8；以及作為摩擦制動器以及限動器來執(zhí)行功能的電磁式的電磁制動器9。經(jīng)由對伺服電動機的轉(zhuǎn)數(shù)進行減速來提高輸出轉(zhuǎn)矩的未圖示的減速器，由伺服電動機2驅(qū)動作為可動部的關(guān)節(jié)部。
電磁制動器9主要是在伺服電動機2的旋轉(zhuǎn)停止后有效，作為所謂的限動器執(zhí)行功能，但在本發(fā)明中，在伺服電動機2的減速的過程中也可以作為摩擦制動器來執(zhí)行功能地使用。另外，作為摩擦制動器使用時的制動轉(zhuǎn)矩以與電動機的最大允許轉(zhuǎn)矩相等或者比最大轉(zhuǎn)矩小的情況為前提。
此外，本實施方式的伺服電動機2記載了用于產(chǎn)業(yè)機器人的情況，但也可以用于使用直線電動機的水平軸移動裝置、由伺服電動機和減速機組成的位置決定裝置、對由機床的滾珠絲桿及螺母所組成的傳送軸進行驅(qū)動的裝置。
伺服放大器3是由晶體管變換器等構(gòu)成，根據(jù)來自電動機控制部4的速度指令，使伺服電動機2加速減速以及停止的動力源。在使伺服電動機2減速/停止的情況下，例如將速度指令設(shè)為“0”，通過對伺服電動機2進行減速控制來執(zhí)行。
電動機控制部4具有未圖示的控制部主體；未圖示的公共存儲器；和數(shù)字伺服電路6。來自控制部主體的移動指令等經(jīng)由公共存儲器被發(fā)送給數(shù)字伺服電路6。相反，來自數(shù)字電路6的異常信號等經(jīng)由公共存儲器被發(fā)送給控制部主體。即，控制部主體和數(shù)字伺服電路6可以經(jīng)由公共存儲器向雙方向進行收發(fā)。
數(shù)字伺服電路6，具有安裝有CPU、ROM、RAM等電子部件的輸入輸出電路，通過該輸入輸出電路和控制程序的協(xié)作，來構(gòu)成速度指令部11、制動器開關(guān)12和監(jiān)視部13。向CPU輸入來自編碼器8的位置數(shù)據(jù)，通過對位置數(shù)據(jù)進行微分，得到伺服電動機2的速度數(shù)據(jù)。另外，向CPU輸入來自伺服放大器3的數(shù)據(jù)電流值，根據(jù)該電流值，得到電動機2的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)。
速度指令部11構(gòu)成速度反饋電路，根據(jù)位置數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)計算向電動機2的速度指令值，經(jīng)由伺服放大器3控制伺服電動機2。向伺服電動機2提供的電流通過軟件規(guī)定最大允許電流。具有在電動機電流指令值超過最大允許電流時，進行鉗位(clamp)以使電動機電流值不超過最大允許電流的功能，在該功能工作時判定為轉(zhuǎn)矩飽和。
例如，在對伺服電動機2進行停止控制時，使速度指令為“0”，由此，通過反饋處理計算出的轉(zhuǎn)矩指令(電流指令)成為逆向驅(qū)動伺服電動機2的指令，以規(guī)定的制動轉(zhuǎn)矩使伺服電動機2減速、停止。在從伺服電動機2以最大的負(fù)載旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)進行緊急停止時，對轉(zhuǎn)矩指令的指令值(制動轉(zhuǎn)矩)鉗位使其與最大允許轉(zhuǎn)矩一致，本發(fā)明在進行了鉗位的時間使電磁制動器9有效(圖2)，從而使轉(zhuǎn)矩降低并且在減速中不產(chǎn)生振動、沖擊。
電磁制動器9根據(jù)由監(jiān)視部13監(jiān)視到的轉(zhuǎn)矩指令值，通過制動器開關(guān)部12使制動器電路ON/OFF，由此對電磁制動器9的有效/無效進行切換。
所述監(jiān)視部13是監(jiān)視伺服電動機2的減速過程中的轉(zhuǎn)矩指令值是否超過了預(yù)先設(shè)定的等于或低于伺服電動機的最大允許轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值的單元。在電動機控制部中設(shè)定的設(shè)定值將電動機的最大允許轉(zhuǎn)矩設(shè)定為初始值，但是通過設(shè)定為小于最大允許轉(zhuǎn)矩的值，可以使制動器快速起效。該數(shù)值根據(jù)緊急停止時的停止距離、控制的安定性，通過調(diào)整來決定。
上述的制動器開關(guān)部12是對切換電磁制動器9的制動器電路5輸出開關(guān)指令的單元。作為制動器電路5的一個例子，可以列舉出具有晶體管的電子電路，具有繼電器的電子電路。
然后，根據(jù)圖3，對伺服電動機停止裝置的緊急停止時的流程進行說明。伺服電動機停止控制裝置1(圖1)當(dāng)在步驟S1輸入了緊急停止輸入時進行停止控制。在緊急停止時的伺服電動機2的速度較慢的情況下，即，伺服電動機2以較低的負(fù)載旋轉(zhuǎn)的情況下，通過步驟S2的停止控制，伺服電動機的制動轉(zhuǎn)矩不飽和，即使電磁制動器無效，也可以不產(chǎn)生振動、沖擊地以較短的時間使伺服電動機停止。此外，通過停止后使電磁制動器有效，可以保持停止?fàn)顟B(tài)。
另一方面，在緊急停止時的電動機的速度較快的情況下，即，伺服電動機2以較高的負(fù)載旋轉(zhuǎn)的情況下，在步驟S3中檢測伺服電動機2的制動轉(zhuǎn)矩的飽和(圖2)，在步驟S4中在已飽和的時間使電磁制動器有效，解除制動轉(zhuǎn)矩的飽和狀態(tài)，在步驟S5中判斷停止是否完成，在已停止時在步驟S6中在電磁制動器9有效的狀態(tài)下切斷電動機的動力。因此，在緊急停止時的電動機的速度較快的情況下，通過電磁制動器9的制動輔助來回避制動轉(zhuǎn)矩的飽和狀態(tài)，可以平穩(wěn)地以較短的時間使伺服電動機停止。
如以上所述，根據(jù)本實施方式，通過在伺服電動機2的減速過程中使電磁制動器9有效，可以同時使用通過速度控制的制動和通過電磁制動器9的制動，可以提高伺服電動機2的制動力，并且可以在伺服電動機2的最大允許轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)使伺服電動機2停止。因此，在緊急停止時，可以不發(fā)生振動、沖擊地提前停止的定時。
此外，本發(fā)明并不限定于本實施方式，可以進行各種變形。例如，可以取代對伺服電動機2的減速過程中的制動轉(zhuǎn)矩進行監(jiān)視的單元，具有對速度指令部的速度指令值與伺服電動機2的實際的旋轉(zhuǎn)速度的誤差進行監(jiān)視的監(jiān)視部、或者具備監(jiān)視通過對速度指令部的速度指令值進行積分得到的位置指令值與伺服電動機2的實際的位置之間的誤差的監(jiān)視部。
另外，也可以在伺服電動機2的減速過程中使電磁制動器有效，在電動機的負(fù)載減輕，轉(zhuǎn)矩變小后，使電磁制動器無效，只通過速度控制的制動使伺服電動機停止，并在停止后再次使電磁制動器有效。由此，可以不需要為了消除制動器的過度使用所需要的控制。
以上，與本發(fā)明的最佳實施方式相關(guān)聯(lián)地對本發(fā)明進行了說明，但是對于本領(lǐng)域人員來說，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離所述權(quán)利要求的公開范圍的前提下可以進行各種修正以及變更。
權(quán)利要求
1.一種伺服電動機停止控制方法，使裝有制動器(9)的伺服電動機(2)停止旋轉(zhuǎn)，其特征在于，在通過速度控制使所述伺服電動機(2)正在減速時，使所述制動器(9)有效地執(zhí)行功能，從而使所述伺服電動機(2)停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電動機停止控制方法，其特征在于，在所述伺服電動機(2)的最大允許轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)，使所述伺服電動機(2)停止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服電動機停止控制方法，其特征在于，將所述伺服電動機(2)的制動轉(zhuǎn)矩與電動機控制部(4)中的與所述伺服電動機(2)的最大允許轉(zhuǎn)矩相等地或者小于最大允許轉(zhuǎn)矩設(shè)定的設(shè)定值進行比較，在所述制動轉(zhuǎn)矩超出了所述設(shè)定值時，使所述制動器(9)有效地執(zhí)行功能。
4.一種伺服電動機控制裝置，其具有對裝有制動器(9)的伺服電動機(2)進行控制的電動機控制部(4)，該電動機控制部(4)具有為了使所述伺服電動機(2)停止旋轉(zhuǎn)，輸出速度指令的速度指令部(11)，其特征在于，所述電動機控制部(4)還具有制動器開關(guān)部(12)，其對于切換所述制動器(9)的ON/OFF的制動器電路(5)輸出開關(guān)指令，在通過所述速度指令部(11)使所述伺服電動機(2)正在減速時，通過所述制動器開關(guān)部(12)使所述制動器(9)有效地執(zhí)行功能，從而使所述伺服電動機(2)停止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的伺服電動機控制裝置(1)，其特征在于，在所述伺服電動機(2)的最大允許轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)使所述伺服電動機(2)停止。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服電動機控制裝置(1)，其特征在于，所述電動機控制部(4)具有監(jiān)視部(13)，其對所述伺服電動機(2)正在減速時的制動轉(zhuǎn)矩超出了所述電動機控制部(4)中的與所述伺服電動機(2)的最大允許轉(zhuǎn)矩相等地或者低于最大允許轉(zhuǎn)矩設(shè)定的設(shè)定值的情況進行監(jiān)視，在該監(jiān)視部(13)檢測到所述制動轉(zhuǎn)矩超出了所述設(shè)定值時，所述制動器開關(guān)部(12)使所述制動器(9)有效地執(zhí)行功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服電動機控制裝置(1)，其特征在于，所述電動機控制部(4)具有監(jiān)視部，其在所述伺服電動機(2)正在減速時，對所述速度指令部(11)的速度指令值和所述伺服電動機(2)的實際速度的誤差進行監(jiān)視，在所述誤差大于設(shè)定值時，所述制動器開關(guān)部(12)使所述制動器(9)有效地執(zhí)行功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服電動機控制裝置(1)，其特征在于，所述電動機控制部(4)具有監(jiān)視部，其在所述伺服電動機(2)正在減速時，監(jiān)視通過對所述速度指令部(11)的速度指令值進行積分得到的位置指令值與所述伺服電動機(2)的實際位置的誤差，在所述誤差大于設(shè)定值時，所述制動器開關(guān)部(12)使所述制動器(9)有效地執(zhí)行功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求6～8的任意一項所述的伺服電動機控制裝置(1)，其特征在于，在通過所述制動器(9)的制動輔助，所述誤差小于所述設(shè)定值之后，所述制動器開關(guān)部(12)使所述制動器(9)無效，僅通過所述速度指令部(11)的制動方法使所述伺服電動機(2)停止。
全文摘要
在伺服電動機控制裝置中，該伺服電動機控制裝置具有對裝有制動器的伺服電動機進行控制的電動機控制部，電動機控制部是具有速度指令部，其為了使伺服電動機的旋轉(zhuǎn)停止輸出速度指令；和制動器開關(guān)部，其對切換制動器的ON/OFF的制動器電路輸出開關(guān)指令，在通過速度指令部的伺服電動機的減速過程中，通過制動器開關(guān)部使制動器有效地執(zhí)行功能，從而使伺服電動機停止的伺服電動機控制裝置。電動機控制部還可以具有監(jiān)視部，其對伺服電動機減速過程中的制動轉(zhuǎn)矩超出了與電動機控制部中的伺服電動機的最大允許轉(zhuǎn)矩相等或者低于最大允許轉(zhuǎn)矩設(shè)定的設(shè)定值的情況進行監(jiān)視。
文檔編號B23Q15/22GK1945471SQ20061015999
公開日2007年4月11日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月7日
發(fā)明者橋本良樹, 田邊義清, 浜田敏彥 申請人:發(fā)那科株式會社