特許 6388081 モータ制御システム及び入出力装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6388081

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】モータ制御システム及び入出力装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/00 20160101AFI20180903BHJP

【ＦＩ】

   H02P29/00

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-536034(P2017-536034)

(86)(22)【出願日】2017年3月27日

(86)【国際出願番号】JP2017012286

【審査請求日】2017年7月13日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】110001564

【氏名又は名称】フェリシテ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】松村 勇

【審査官】 尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２１６７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２２４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６１６４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータで駆動するように構成されている機械装置と、
前記モータの位置情報を検出するように構成されている位置検出器と、
前記モータを制御するように構成されているモータ制御装置と、
少なくとも前記機械装置及び前記モータのいずれか一方に関連する情報を検出するように構成されている１又は複数のセンサと、
複数の入出力コネクタを具備する入出力装置とを具備しており、
前記位置検出器及び前記入出力装置は、同一の通信路で前記モータ制御装置に接続されるように構成されており、
前記センサは、前記入出力装置の前記入出力コネクタに接続されるように構成されており、
前記位置情報は、前記位置検出器から前記モータ制御装置に送信されるように構成されており、
少なくとも前記機械装置及び前記モータのいずれか一方に関連する情報は、前記センサのそれぞれから前記入出力装置に出力された後、前記入出力装置から前記通信路を介して１つのデータ内で纏めて前記モータ制御装置に送信されるように構成されていることを特徴とするモータ制御システム。

【請求項2】

前記入出力装置は、前記センサによって検出された少なくとも前記機械装置及び前記モータのいずれか一方に関連する情報、及び、少なくとも前記機械装置及び前記モータのいずれか一方に関連する情報が検出された時刻を含む前記データを生成し、前記モータ制御装置に送信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御システム。

【請求項3】

モータ制御システムで用いられる入出力装置であって、
少なくともモータ及び前記モータで駆動するように構成されている機械装置のいずれか一方に関連する情報を検出するように構成されている１又は複数のセンサが接続されるように構成されている複数の入出力コネクタを具備しており、
前記モータの位置情報を検出するように構成されている位置検出器と同一の通信路で前記モータ制御装置に接続されるように構成されており、
前記センサのそれぞれから取得した少なくとも前記機械装置及び前記モータのいずれか一方に関連する情報を、前記通信路を介して１つのデータ内で纏めて前記モータ制御装置に送信するように構成されていることを特徴とする入出力装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータ制御システム及び入出力装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数のセンサが、それぞれ別個の通信路でインタフェース部と接続されており、各センサの検出信号が、上位コントローラとモータ制御装置とを接続するネットワークを介して、上位コントローラやモータ制御装置に送信されるシステムが記載されている。

【0003】

また、特許文献２には、モータ制御装置内の通信部を介して、モータ制御装置のパラメータを設定したりモニタしたりするための周辺機器を接続するシステムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８-２４１１１１号公報

【特許文献2】特開平１０-１０５２０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来のモータ制御システムでは、センサや周辺機器の各々がモータ制御装置に接続されているため、物理的又は処理的なコストが高くなる傾向にあるという課題があった。

【0006】

そこで、本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、物理的又は処理的なコストを低減することができるモータ制御システム及び入出力装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１の特徴は、モータで駆動するように構成されている機械装置と、前記モータの位置情報を検出するように構成されている位置検出器と、前記モータを制御するように構成されているモータ制御装置と、少なくとも前記機械装置及び前記モータのいずれか一方に関連する情報を検出するように構成されている１又は複数のセンサと、複数の入出力コネクタを具備する入出力装置とを具備しており、前記位置検出器及び前記入出力装置は、同一の通信路で前記モータ制御装置に接続されるように構成されており、前記センサは、前記入出力装置の前記入出力コネクタに接続されるように構成されており、前記位置情報は、前記位置検出器から前記モータ制御装置に送信されるように構成されており、少なくとも前記機械装置及び前記モータのいずれか一方に関連する情報は、前記センサのそれぞれから前記入出力装置に出力された後、前記入出力装置から前記通信路を介して１つのデータ内で纏めて前記モータ制御装置に送信されるように構成されていることを要旨とする。

【0008】

本開示の第２の特徴は、モータ制御システムで用いられる入出力装置であって、少なくともモータ及び前記モータで駆動するように構成されている機械装置のいずれか一方に関連する情報を検出するように構成されている１又は複数のセンサが接続されるように構成されている複数の入出力コネクタを具備しており、前記モータの位置情報を検出するように構成されている位置検出器と同一の通信路で前記モータ制御装置に接続されるように構成されており、前記センサのそれぞれから取得した少なくとも前記機械装置及び前記モータのいずれか一方に関連する情報を、前記通信路を介して１つのデータ内で纏めて前記モータ制御装置に送信するように構成されていることを要旨とする。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、物理的又は処理的なコストを低減することができるモータ制御システム及び入出力装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、一実施形態に係るモータ制御システムの全体概略構成の一例を説明するための図である。

【図2】図２は、一実施形態に係るモータ制御システムにおいて実行される処理の流れの一例を説明するための図である。

【図3】図３は、一実施形態に係るモータ制御システムにおいて用いられるデータのフォーマットの一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の発明者の見地によれば、モータ制御システムにおける稼働状況のセンシングは、近年ますます重要度を増しているが、センサ数を増やすと、配線数等の物理的なコストや通信量又は処理負荷等の処理的なコストが増加してしまう。特に、リアルタイムでセンシングが行われる場合は、これらのコストが増大する傾向がある。

【0012】

そこで、本発明の発明者は、モータ制御システムにおけるこれらのコストを軽減するために鋭意研究開発を行った結果、新規かつ独創的なモータ制御システムに想到した。以降、図１〜図３を参照して、本実施形態に係るモータ制御システム１の一例について説明する。

【0013】

図１に示すように、本開示の一実施形態に係るモータ制御システム１は、機械装置１０Ａと、モータ１０と、モータ制御装置２０と、エンコーダ３０と、入出力装置４０と、複数のセンサ５０１〜５０６とを具備している。

【0014】

モータ制御装置２０は、モータ１０を制御するように構成されている。具体的には、モータ制御装置２０は、モータ１０へ電流や電圧等を出力するアンプを制御するコンピュータを含む装置である。すなわち、モータ１０は、モータ制御装置２０から印加された電圧又は電流に応じて回転するように構成されている。また、機械装置１０Ａは、モータ１０で駆動するように構成されており、例えば、ロボット等が、かかる機械装置１０Ａに該当する。

【0015】

一般的に、サーボモータを制御するモータ制御装置２０は、サーボコントローラ又はサーボアンプ等と呼ばれるものである。なお、モータ制御装置２０は、モータ１０を制御するように構成されている機器であればよく、例えば、インバータであってもよい。

【0016】

エンコーダ３０は、モータ１０の位置情報を検出するように構成されている位置検出器である。エンコーダ３０は、例えば、光学式エンコーダであってもよいし、磁気式エンコーダであってもよい。エンコーダ３０は、モータ制御装置２０に対してモータ１０の位置情報を送信するように構成されている。

【0017】

なお、本実施形態では、かかる位置検出器として、エンコーダ３０を用いるケースを例に挙げて説明するが、本開示は、モータ１０の位置情報を検出可能なセンサ（例えば、レゾルバ等）を用いるケースにも適用可能である。ここで、エンコーダ３０は、モータ１０が直動形モータ（リニアモータ）の場合に用いられるリニアスケール（リニアエンコーダ）であってもよい。

【0018】

また、モータ１０は、回転形モータであってもよいし、直動形モータ（リニアモータ）であってもよい。ここで、モータ１０が、回転形モータである場合、上述の位置情報は、回転角となり、モータ１０が、直動形モータ（リニアモータ）である場合、上述の位置情報は、直動位置となる。

【0019】

入出力装置４０は、複数の入出力コネクタ＃１〜＃８を具備しており、センサ５０１〜５０６等の他の周辺機器と接続するための汎用的な入出力ユニットである。入出力装置４０は、モータ制御システム１において不足している入出力コネクタを増設するために用いられる。

【0020】

また、入出力装置４０は、モータ制御装置２０に対して、入出力コネクタ＃１〜＃８に接続されている周辺機器から入力された少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を送信するように構成されている。

【0021】

複数のセンサ５０１〜５０６は、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を検出するように構成されている。かかる複数のセンサとしては、温度センサや圧力センサやトルクセンサや振動センサやリミットスイッチセンサやタッチセンサやＩ/Ｏ機器等が想定される。

【0022】

温度センサは、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方又はその付近の温度を検出するように構成されているセンサである。温度センサとしては、例えば、測温抵抗体式センサが用いられていてもよいし、熱電対式センサが用いられていてもよい。

【0023】

圧力センサは、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方又はその付近の圧力を検出するように構成されているセンサである。例えば、圧力センサは、かかる圧力について、ダイヤフラム（ステンレスダイヤフラム、シリコンダイヤフラム等）を介して、感圧素子で計測し、電気信号に変換し出力するように構成されている。

【0024】

トルクセンサは、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方のトルクを検出するように構成されているセンサである。トルクセンサは、例えば、非接触式トルクセンサであってもよいし、接触式トルクセンサであってもよい。

【0025】

また、モータ１０に関連する情報は、モータ１０の状態に関する情報のうち、モータ１０の位置情報ではない情報を意味する。なお、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報は、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方の状態に応じて変化する情報であり、例えば、センサ５０１〜５０６により検出可能な情報であればよい。

【0026】

例えば、モータ１０に関連する情報は、モータ１０のトルクや、モータ１０の温度や、モータ１０が移動させるアーム等の物体の位置や、かかる物体に対する圧力や、又は、これらを検出するセンサ５０１〜５０６の状態（例えば、温度）等の情報である。

【0027】

また、モータ１０に関する関連情報は、例えば、モータ１０に対する出力制御や制御用パラメータの調整に用いられたり、モータ１０の異常の有無の判断又はモータ１０の寿命（残りの耐周期間）の予測に用いられたりする。

【0028】

本実施形態では、入出力装置４０に６個のセンサ５０１〜５０６が接続されているケースを例に挙げて説明しているが、本開示は、入出力装置４０に６個以外のセンサが接続されているケースや、入出力装置４０にセンサ以外の周辺機器が接続されているケースに対しても適用可能である。

【0029】

また、本実施形態に係るモータ制御システム１において、エンコーダ３０及び入出力装置４０とモータ制御装置２０との間の通信路は、同一の通信路となるように構成されている。すなわち、本実施形態に係るモータ制御システム１において、モータ制御装置２０、エンコーダ３０及び入出力装置４０は、直列（ディジーチェーン状）に接続されるように構成されている。

【0030】

一方、本実施形態に係るモータ制御システム１において、センサ５０１〜５０６は、モータ制御装置２０に接続される代わりに、入出力装置４０の入出力コネクタ＃１〜＃８に接続されるように構成されている。

【0031】

ここで、モータ１０の位置情報は、エンコーダ３０からモータ制御装置２０に送信されるように構成されている。一方、モータ１０に関連する情報は、センサ５０１〜５０６から入出力装置４０を介してモータ制御装置２０に送信されるように構成されている。

【0032】

以下、図２及び図３を参照して、本実施形態に係るモータ制御システム１において実行される処理の流れの一例について説明する。

【0033】

図２に示すように、ステップＳ１００１において、モータ制御装置２０は、エンコーダ３０及び入出力装置４０に対して、モータ１０の位置情報及びモータ１０に関連する情報を送信するように指示するためのデータである「ＣＯＭ」を送信する。

【0034】

ステップＳ１００２において、エンコーダ３０は、モータ制御装置２０に対して、モータ１０の位置情報を含むデータである「ＲＥＳ＃１」を送信する。

【0035】

入出力装置４０は、ステップＳ１００３において、センサ５０１〜５０６から少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を取得し、ステップＳ１００４において、かかる少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報に基づいて、かかる少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を含むデータである「ＲＥＳ＃２」を生成し、モータ制御装置２０に対して「ＲＥＳ＃２」を送信する。

【0036】

ここで、センサ５０１〜５０６は、所定タイミングで、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を検出してもよいし、入出力装置４０からの指示に応じて、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を検出してもよい。

【0037】

同様に、センサ５０１〜５０６は、所定タイミングで、入出力装置４０に対して、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を送信してもよいし、入出力装置４０からの指示に応じて、入出力装置４０に対して、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を送信してもよい。

【0038】

図３に、かかる「ＲＥＳ＃２」のフォーマットの一例を示す。図３（ａ）に示すように、「ＲＥＳ＃２」のフォーマットは、アドレス部「Ａ」と、データ部「ＤＴ」と、チェックコード部「ＣＲＣ」とを有している。

【0039】

アドレス部「Ａ」には、「ＲＥＳ＃２」の送信元情報が格納されるように構成されている。例えば、アドレス部「Ａ」には、かかる送信元情報として、「ＲＥＳ＃２」を送信する入出力装置４０のアドレスが格納されるように構成されていてもよい。

【0040】

なお、アドレス部「Ａ」に、「ＲＥＳ＃２」の宛先情報が格納されるように構成されていてもよい。この場合、アドレス部「Ａ」には、かかる宛先情報として、モータ制御装置２０のアドレスが格納されるように構成されていてもよい。

【0041】

チェックコード部「ＣＲＣ」には、「ＲＥＳ＃２」の誤り符号検出で用いられるコード情報が格納される。誤り符号検出自体は、公知の種々の手法を適用可能であり、例えば、任意のピット数の巡回冗長検査を利用してよい。

【0042】

データ部「ＤＴ」には、センサ５０１〜５０６によって検出された少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報や、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報が検出された時刻等が格納されるように構成されている。

【0043】

例えば、図３（ｂ）に示すように、データ部「ＤＴ」には、「ＡＬＭ」と「ＤＩ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｉｎｐｕｔｓ）」と「タイムスタンプ」と「ＤＩ１入力時刻」と「ＤＩ２入力時刻」と「ＤＩ３入力時刻」と「ＤＩ１情報」と「ＤＩ２情報」と「ＤＩ３情報」とが格納されるように構成されていてもよい。

【0044】

「ＡＬＭ」には、入出力装置４０自体の異常情報や、入出力装置４０に接続されるセンサ５０１〜５０６の異常情報等を示すアラームコードが格納される。

【0045】

「ＤＩ」には、入出力装置４０の入出力コネクタ＃１〜＃８に接続されているセンサ等の周辺機器の入力状態について示すフラグが格納される。例えば、入出力装置４０の入出力コネクタ＃１に対応するフラグが「１」である場合、かかる入出力コネクタ＃１に接続されているリミットスイッチセンサがＯＮ状態であることを示し、かかるフラグが「０」である場合、かかるリミットスイッチセンサがＯＦＦ状態であることを示す。

【0046】

図３（ｃ）の例では、ＤＩ１〜ＤＩ８が、入出力コネクタ＃１〜＃８に対応しており、入出力コネクタ＃１〜＃３（ＤＩ１〜ＤＩ３）にセンサ等の周辺機器が接続されている。

【0047】

「タイムスタンプ」には、「ＲＥＳ＃２」が生成された時刻が格納されるように構成されている。なお、「タイムスタンプ」には、「ＲＥＳ＃２」が生成された時刻の代わりに、入出力装置４０によって「ＲＥＳ＃２」が送信された時刻が格納されるように構成されていてもよい。

【0048】

「ＤＩ１入力時刻」〜「ＤＩ３入力時刻」には、入出力装置４０の入出力コネクタ＃１〜＃３に接続されているセンサによって少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報が検出された時刻が格納されるように構成されている。なお、「ＤＩ１入力時刻」〜「ＤＩ３入力時刻」には、入出力装置４０の入出力コネクタ＃１〜＃３に接続されているセンサによって検出された少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報が入出力装置４０によって受信された時刻が格納されるように構成されていてもよい。

【0049】

「ＤＩ１情報」〜「ＤＩ３情報」には、入出力装置４０の入出力コネクタ＃１〜＃３に接続されているセンサによって検出された少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報が格納されるように構成されている。

【0050】

本実施形態では、データ部「ＤＴ」に、入出力装置４０の入出力コネクタ＃１〜＃３に接続されている全てのセンサに係る「ＤＩ１入力時刻」〜「ＤＩ３入力時刻」及び「ＤＩ１情報」〜「ＤＩ３情報」について格納されるケースを例に挙げて説明したが、本開示は、データ部「ＤＴ」に、入出力装置４０の入出力コネクタ＃ｘに接続されている複数のセンサの一部に係る「ＤＩｘ入力時刻」及び「ＤＩｘ情報」についてのみ格納されるケースについても適用可能である。

【0051】

また、本実施形態に係るモータ制御システム１では、データ部「ＤＴ」のどの領域に、「ＤＩｘ入力時刻」及び「ＤＩｘ情報」を格納するのかについては任意に設定することができる。

【0052】

本実施形態に係るモータ制御システム１によれば、入出力装置４０が、複数のセンサ５０１〜５０６によって検出された少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を「ＲＥＳ＃２」内に纏めてモータ制御装置２０に送信するように構成されているため、高速通信時において、複数のセンサを接続することが可能となる。

【0053】

また、本実施形態に係るモータ制御システム１によれば、少なくとも機械装置１０Ａ及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を検出するように構成されている複数のセンサ５０１〜５０６やモータ制御装置２０において少配線化を図ることができる。

【符号の説明】

【0054】

１…モータ制御システム
１０…モータ
１０Ａ…機械装置
２０…モータ制御装置
３０…エンコーダ
４０…入出力装置
＃１〜＃８…入出力コネクタ
５０１〜５０６…センサ

【要約】

本開示に係るモータ制御システム１は、モータ１０で駆動する機械装置と、モータ１０の位置情報を検出するエンコーダ３０と、モータを制御するモータ制御装置２０と、少なくとも機械装置及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報を検出する１又は複数のセンサ５０１〜５０６と、複数の入出力コネクタ＃１〜＃８を具備する入出力装置４０とを具備しており、エンコーダ３０及び入出力装置４０は、同一の通信路でモータ制御装置２０に接続され、センサ５０１〜５０６は、入出力装置４０の入出力コネクタ＃１〜＃８に接続され、位置情報は、エンコーダ３０からモータ制御装置２０に送信され、少なくとも機械装置及びモータ１０のいずれか一方に関連する情報は、センサ５０１〜５０６から入出力装置４０を介してモータ制御装置２０に送信される。

【図1】

【図2】

【図3】