特許 7527890 電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/16 20060101AFI20240729BHJP

   H02P 29/40 20160101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

B25J9/16

H02P29/40

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020140784

(22)【出願日】2020-08-24

(65)【公開番号】P2022036526

(43)【公開日】2022-03-08

【審査請求日】2023-07-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(74)【代理人】

【識別番号】100202728

【弁理士】

【氏名又は名称】三森 智裕

(72)【発明者】

【氏名】田邊 雅隆

(72)【発明者】

【氏名】梶原 慎司

(72)【発明者】

【氏名】中村 賢太

【審査官】稲垣 浩司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１９４６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－７３７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

Ｈ０２Ｐ ２９／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流が流されることにより力またはモーメントを発生し、駆動力伝達部を介して駆動力を伝達する駆動部に通電する電流を制限する電流制限装置であって、
前記駆動部に通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部を備え、
前記制限値は、前記駆動部の駆動方向と前記駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、前記順効率時の制限値と異なる値を有し、前記駆動部の駆動方向と前記駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、
前記順効率時の制限値の絶対値は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、
前記逆効率時の制限値の絶対値は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている、電流制限装置。

【請求項2】

前記順効率時の制限値の増加率および前記逆効率時の制限値の減少率は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている、請求項１に記載の電流制限装置。

【請求項3】

前記駆動部は、モータを含み、
前記駆動力伝達部は、前記モータの回転を減速して伝達する減速部を含み、
前記制限値は、前記モータの回転数に応じて変化するように設定されている、請求項１または２に記載の電流制限装置。

【請求項4】

前記制限値は、前記駆動部が発生する力またはモーメントによって前記駆動力伝達部が損傷されるのを抑制するように、かつ、前記駆動力伝達部の出力側の力またはモーメントを一定の値に維持するように設定されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の電流制限装置。

【請求項5】

前記駆動部は、ロボットの関節に設けられるモータを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の電流制限装置。

【請求項6】

前記ロボットは、医療用のロボットを含む、請求項５に記載の電流制限装置。

【請求項7】

ロボットと、
前記ロボットを制御するロボット制御部とを備え、
前記ロボットは、
関節と、
前記関節に設けられるモータと、
前記モータの回転を減速させる減速部とを含み、
前記ロボット制御部は、前記モータに通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部を含み、
前記制限値は、前記モータの駆動方向と前記モータから出力される力またはモーメントの方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、前記順効率時の制限値と異なる値を有し、前記モータの駆動方向と前記モータから出力される力またはモーメントの方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、
前記順効率時の制限値の絶対値は、前記モータの速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、
前記逆効率時の制限値の絶対値は、前記モータの速度が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている、ロボットシステム。

【請求項8】

電流が流されることにより力またはモーメントを発生し、駆動力伝達部を介して駆動力を伝達する駆動部に通電する電流を制限する電流制限方法であって、
前記駆動部の速度を取得するステップと、
取得された前記駆動部の速度に基づいて、前記駆動部に通電する電流の制限値を設定するステップと、
前記設定された制限値の範囲内において、前記駆動部に通電するステップとを備え、
前記制限値は、前記駆動部の駆動方向と前記駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、前記順効率時の制限値と異なる値を有し、前記駆動部の駆動方向と前記駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、
前記順効率時の制限値の絶対値は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、
前記逆効率時の制限値の絶対値は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている、電流制限方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この開示は、電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法に関し、特に、モータに通電する電流を制限する電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータに通電する電流の上限値が設定されたロボットが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、複数のリンクが関節を介して接続されているロボット本体と、ロボット本体の関節に設けられるモータと、モータの回転を減速する減速部とを備えるロボットが開示されている。このロボットには、モータに通電している電流を計測する電流計測手段が設けられている。そして、ロボット本体の静止時に、電流計測手段によって計測された電流値に基づいて、モータに通電する電流の上限値が設定される。具体的には、ロボットの静止時に、所定の姿勢を維持するために必要なモータのトルクに応じて、電流の一定の上限値が設定される。これにより、ロボットの姿勢に応じて関節に与える駆動トルクを適切に制限することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－７３７９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載のような、モータの回転を減速する減速部が設けられている従来のロボットでは、減速部の回転数が大きくなるにしたがって減速部の損失トルクが大きくなる。また、一般的に、モータは、モータの回転数が大きくなるにしたがってモータが発生するトルクが小さくなる。これらのため、上記特許文献１に記載のように、モータに通電する電流に対して一定の上限値を設定した場合、モータの回転数が大きくなるにしたがって減速部の損失トルクが大きくなること、および、モータ（駆動部）の発生トルクが低下することに起因して、減速部から所望のトルクを出力できなくなるという問題点がある。

【0006】

この開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この開示の１つの目的は、駆動部に通電する電流の上限値が設定されている構成において、駆動部の速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することが可能な電流制限装置および電流制限方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この開示の第１の局面による電流制限装置は、電流が流されることにより力またはモーメントを発生し、駆動力伝達部を介して駆動力を伝達する駆動部に通電する電流を制限する電流制限装置であって、駆動部に通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部を備え、制限値は、駆動部の駆動方向と駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有し、駆動部の駆動方向と駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、順効率時の制限値の絶対値は、駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、逆効率時の制限値の絶対値は、駆動部の速度が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている。

【0008】

この開示の第１の局面による電流制限装置では、上記のように、駆動部に通電する電流の制限値は、駆動部の速度に応じて変化するように設定されている。これにより、駆動部の速度に応じて変化する駆動力伝達部の損失、および、駆動部の発生する力またはモーメントの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、駆動部に通電する電流の上限値が設定されている構成において、駆動部の速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することができる。

【0009】

この開示の第２の局面によるロボットシステムは、ロボットと、ロボットを制御するロボット制御部とを備え、ロボットは、関節と、関節に設けられるモータと、モータの回転を減速させる減速部とを含み、ロボット制御部は、モータに通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部を含み、制限値は、モータの駆動方向とモータから出力される力またはモーメントの方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有し、モータの駆動方向とモータから出力される力またはモーメントの方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、順効率時の制限値の絶対値は、モータの速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、逆効率時の制限値の絶対値は、モータの速度が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている。

【0010】

この開示の第２の局面によるロボットシステムでは、上記のように、モータに通電する電流の制限値は、モータの速度に応じて変化するように設定されている。これにより、モータの速度に応じて変化する駆動力伝達部の損失、および、モータの発生する力またはモーメントの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、モータに通電する電流の上限値が設定されている構成において、モータの速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することが可能なロボットシステムを提供することができる。

【0011】

この開示の第３の局面による電流制限方法は、電流が流されることにより力またはモーメントを発生し、駆動力伝達部を介して駆動力を伝達する駆動部に通電する電流を制限する電流制限方法であって、駆動部の速度を取得するステップと、取得された駆動部の速度に基づいて、駆動部に通電する電流の制限値を設定するステップと、設定された制限値の範囲内において、駆動部に通電するステップとを備え、制限値は、駆動部の駆動方向と駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有し、駆動部の駆動方向と駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、順効率時の制限値の絶対値は、駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、逆効率時の制限値の絶対値は、駆動部の速度が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている。

【0012】

この開示の第３の局面による電流制限方法では、上記のように、取得された駆動部の速度に基づいて、駆動部に通電する電流の制限値を設定するステップを備える。これにより、駆動部の速度に応じて変化する駆動力伝達部の損失、および、駆動部の発生する力またはモーメントの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、駆動部に通電する電流の上限値が設定されている構成において、駆動部の速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することが可能な電流制限方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、上記のように、駆動部に通電する電流の上限値が設定されている構成において、駆動部の速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示の一実施形態によるロボットシステムの構成を示す図である。

【図2】本開示の一実施形態によるロボット制御部のブロック図である。

【図3】本開示の一実施形態によるロボット制御部の制御ブロック図である。

【図4】 減速部の回転数と減速部の損失トルクとの関係を示す図である。

【図5】モータの回転数とモータから発生するトルクとの関係を示す図である。

【図6】モータの回転数によらず一定である制限値を示す図である。

【図7】モータの回転数によらず一定である順効率時の制限値および逆効率時の制限値を示す図である。

【図8】モータの回転数に応じて変化する順効率時の制限値および逆効率時の制限値を示す図である。

【図9】モータが正方向に回転する場合の順効率時の制限値および逆効率時の制限値を示す図である。

【図10】モータが負方向に回転する場合の順効率時の制限値および逆効率時の制限値を示す図である。

【図11】本開示の一実施形態による電流制限方法を説明するためのフロー図である。

【図12】変形例による医療用のロボットの構成を示す図である。

【図13】変形例によるロボット制御部の構成を示すブロック図（１）である。

【図14】変形例によるロボット制御部の構成を示すブロック図（２）である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示を具体化した本開示の一実施形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

図１～図１１を参照して、本実施形態によるロボットシステム１００の構成について説明する。

【0017】

図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１０と、ロボット１０を制御するロボット制御部２０とを備えている。ロボット１０は、たとえば、６軸ロボットである。また、ロボット１０は、たとえば、産業用のロボットである。

【0018】

図１に示すように、ロボット１０は、アーム部１１を含む。アーム部１１は、関節１２を有する。関節１２は、複数設けられている。たとえば、関節１２（関節１２ａ～１２ｆ）は、６個設けられている。また、アーム部１１は、基台１３に取り付けられている。関節１２ａは、鉛直方向に延びる軸線Ｌ１回りに回動可能に構成されている。関節１２ｂは、水平方向に延びる軸線Ｌ２回りに回動可能に構成されている。関節１２ｃは、軸線Ｌ２に対して平行に延びる軸線Ｌ３回りに回動可能に構成されている。

【0019】

関節１２ｄは、軸線Ｌ３に直交する軸線Ｌ４回りに回動可能に構成されている。関節１２ｅは、軸線Ｌ４に直交する軸線Ｌ５回りに回動可能に構成されている。関節１２ｆは、軸線Ｌ５に直交する軸線Ｌ６回りに回動可能に構成されている。

【0020】

図２に示すように、複数の関節１２ａ～１２ｆの各々には、モータ１４ａ～１４ｆが設けられている。また、モータ１４ａ～１４ｆの各々には、モータ１４ａ～１４ｆの各々の駆動力を伝達する減速部１５ａ～１５ｆが設けられている。モータ１４ａ～１４ｆは、各々、電流が流されることにより力またはモーメント（本実施形態では、トルク）を発生し、減速部１５ａ～１５ｆを介して駆動力を伝達する。また、減速部１５ａ～１５ｆは、各々、モータ１４ａ～１４ｆの回転を減速して伝達する。これにより、関節１２ａ～１２ｆが回動する。以下では、モータ１４ａ～１４ｆをまとめてモータ１４と記載する場合がある。また、減速部１５ａ～１５ｆをまとめて、減速部１５と記載する場合がある。なお、モータ１４（１４ａ～１４ｆ）は、駆動部の一例である。また、減速部１５（１５ａ～１５ｆ）は、駆動力伝達部の一例である。

【0021】

モータ１４ａ～１４ｆの各々には、エンコーダ１６ａ～１６ｆが設けられている。エンコーダ１６ａ～１６ｆは、モータ１４ａ～１４ｆの各々の出力軸１７ａ～１７ｆの角度位置を検出する。検出された出力軸１７ａ～１７ｆの角度位置は、後述する位置／速度制御部２２に送信される。以下では、エンコーダ１６ａ～１６ｆをまとめてエンコーダ１６と記載する場合がある。また、出力軸１７ａ～１７ｆをまとめて、出力軸１７と記載する場合がある。

【0022】

また、ロボット制御部２０には、減速部１５を介して駆動力を伝達するモータ１４に通電する電流を制限する電流制限装置２１が設けられている。電流制限装置２１は、位置／速度制御部２２と、モータ１４に通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部２３とを含む。

【0023】

位置／速度制御部２２は、モータ１４ａ～１４ｆの各々に、電気的に接続されており、モータ１４ａ～１４ｆの各々に電流を流して、モータ１４ａ～１４ｆの各々から出力されるトルクを制御する。また、位置／速度制御部２２は、位置制御部２２ａ（図３参照）と速度制御部２２ｂ（図３参照）とを含む。また、位置／速度制御部２２には、記憶部２４が接続されている。記憶部２４には、モータ１４ａ～１４ｆの各々を駆動するためのプログラムが記憶されている。

【0024】

また、電流制限部２３は、複数のモータ１４ａ～１４ｆの各々に設けられている電流制限部２３ａ～２３ｆを含む。また、電流制限部２３ａ～２３ｆの各々と、モータ１４ａ～１４ｆとの間には、アンプ２５ａ～２５ｆが設けられている。以下では、アンプ２５ａ～２５ｆをまとめてアンプ２５と記載する場合がある。

【0025】

次に、図３を参照して、モータ１４のトルク制御について説明する。

【0026】

位置／速度制御部２２は、記憶部２４（上位命令装置）から関節１２の位置指令値（時刻歴指令位置）を取得する。そして、位置制御部２２ａは、取得された位置指令値と、関節１２のエンコーダ１６から所得された角度位置（実角度位置）との偏差を算出する。そして、位置制御部２２ａは、算出された偏差に位置ゲインを乗算する。また、位置制御部２２ａは、位置指令値を微分して関節１２の目標とする速度である速度指令値を算出する。

【0027】

次に、速度制御部２２ｂは、上記の位置ゲインが乗算された偏差と、生成された速度指令値とを加算するとともに、この加算値から、実角度位置を微分して得られる実角速度を減算して速度偏差を算出する。そして、速度制御部２２ｂは、算出した速度偏差に速度ゲインを乗算する。これにより、速度制御部２２ｂは、モータ１４から出力する目標トルクに応じた目標電流値を生成する。

【0028】

そして、速度制御部２２ｂは、生成した目標電流値を、電流制限部２３に送信する。電流制限部２３は、送信された目標電流値が電流の制限値の範囲内である場合、目標電流値をそのままアンプ２５に送信する。一方、電流制限部２３は、送信された目標電流値が電流の制限値の範囲外である場合、目標電流値を電流の制限値の範囲内の値に制限して、アンプ２５に送信する。

【0029】

ここで、本実施形態では、モータ１４に通電する電流の制限値は、モータ１４の速度に応じて変化するように設定されている（図８参照）。電流の制限値を設ける理由の一つは、モータ１４が出力するトルクを、駆動系の許容トルク（たとえば、減速部１５が損傷されるのを抑制するトルクなど）以下にすることである。

【0030】

一方、図４に示すように、減速部１５の回転数（横軸）が増加するにしたがって、減速部１５の損失トルク（縦軸）が上昇する。具体的には、減速部１５には、クーロン摩擦と粘性摩擦とが含まれる。クーロン摩擦は、減速部１５にかかる力に比例する。また、粘性摩擦は、減速部１５に含まれるグリスやオイルの粘性に起因する摩擦であり、減速部１５の回転数の増加とともに増加する。

【0031】

また、図５に示すように、モータ１４が発生するトルク（縦軸）は、モータ１４の回転数（横軸）の増加とともに減少する。モータ１４の回転数（回転速度）が大きくなるにしたがって、モータ１４に発生する逆起電力が大きくなり、モータ１４に電流が流れにくくなるからである。

【0032】

ここで、図６に示すように、モータ１４の回転数によらず、電流の制限値が一定である場合、モータ１４の回転数が比較的大きい領域では、減速部１５の損失トルクが大きくなるととともにモータ１４が発生するトルクは小さくなるため、減速部１５から所望のトルクを発生することができなくなる。

【0033】

そこで、本実施形態では、図８に示すように、制限値の絶対値は、モータ１４の速度（回転数）が大きくなるにしたがって大きくなるか（後述する順効率の場合）、または、小さくなる（後述する逆効率の場合）ように設定されている。また、制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって徐々に大きくなるか、または、徐々に小さくなるように設定されている。なお、減速部１５の損失トルクが摩擦にのみ起因する場合、制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって徐々に大きくなるか、または、徐々に小さくなる。しかしながら、モータ１４の制御によっては、モータ１４に回転数に応じて制限値の絶対値を小さくしていき、ある回転数以降、絶対値を大きくするように変化させる場合もある。

【0034】

また、図４に示すように、減速部１５の損失トルクの増加率は、減速部１５の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる。また、図５に示すように、モータ１４が発生するトルクの減少率は、減速部１５の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる。そこで、本実施形態では、制限値の変化率は、モータ１４の速度（回転数）が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。なお、図８の制限値の変化率は一例であり、制限値の変化率は、モータ１４の速度（回転数）が大きくなるにしたがって大きくならない場合もある。つまり、減速部１５の損失トルクの変化に沿うように制限値の変化率が設定される。

【0035】

また、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが同じある場合を、順効率という。言い換えると、順効率の場合、モータ１４および減速部１５において、モータ１４側から減速部１５側にトルクが伝達される。順効率は、たとえば、モータ１４によって関節１２の回動を加速する場合に相当する。順効率時では、減速部１５の損失トルクは、モータ１４が発生するトルクに対してマイナスに寄与する。

【0036】

また、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが逆である場合を、逆効率という。言い換えると、逆効率の場合、減速部１５の出力側からモータ１４側にトルクが伝達される。逆効率は、たとえば、モータ１４の減速度が大きい場合に相当する。逆効率時では、減速部１５の損失トルクは、モータ１４が発生するトルクに対してプラスに寄与する。このように、順効率時と逆効率時とで、モータ１４が発生するトルクに対する減速部１５の損失トルクの寄与が異なる。

【0037】

そこで、本実施形態では、図８に示すように、電流の制限値は、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有し、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含む。そして、順効率時の制限値および逆効率時の制限値は、モータ１４の速度（回転数）に応じて変化するように設定されている。なお、順効率時の制限値の絶対値は、逆効率時の制限値の絶対値よりも大きな値を有する。

【0038】

図７に示すように、順効率時の制限値がモータ１４の回転数によらず一定である場合、モータ１４の回転数の増加に伴って、マイナスに寄与する減速部１５の損失トルクが大きくなり、減速部１５の出力側のトルクが低下してしまう。また、逆効率時の制限値がモータ１４の回転数によらず一定である場合、モータ１４の回転数の増加に伴って、プラスに寄与する減速部１５の損失トルクが大きくなり、減速部１５に比較的大きなトルクがかかってしまう。このため、減速部１５が破損したり、減速部１５のボルトのゆるみ等が発生したり、また減速時のアームへの負担（応力）が増大する場合などがある。

【0039】

そこで、本実施形態では、図８に示すように、順効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、逆効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている。

【0040】

また、上記のように、減速部１５の損失トルクの増加率は、減速部１５の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる（図４参照）。また、モータ１４が発生するトルクの減少率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる（図５参照）。そこで、本実施形態では、順効率時の制限値の増加率および逆効率時の制限値の減少率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。

【0041】

詳細には、図９に示すように、モータ１４に正方向に電流が流され（電流指令値が正）、かつ、モータ１４の回転が正方向である場合（順効率）、順効率時の制限値は、正の値であるとともに、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる。また、モータ１４に正方向に電流が流され（電流指令値が正）、かつ、モータ１４の回転が負方向である場合（逆効率）、逆効率時の制限値は、正の値であるとともに、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなる。

【0042】

また、図１０に示すように、モータ１４に負方向に電流が流され（電流指令値が負）、かつ、モータ１４の回転が負方向である場合（順効率）、順効率時の制限値は、負の値であるとともに、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなる（絶対値は大きくなる）。また、モータ１４に負方向に電流が流され（電流指令値が負）、かつ、モータ１４の回転が正方向である場合（逆効率）、逆効率時の制限値は、負の値であるとともに、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる（絶対値は小さくなる）。

【0043】

また、本実施形態では、制限値は、モータ１４が発生する力またはモーメント（本実施形態では、トルク）によって減速部１５が損傷されるのを抑制するように、かつ、減速部１５の出力側の力またはモーメント（本実施形態では、トルク）を一定の値に維持するように設定されている。具体的には、順効率時の制限値は、モータ１４の回転数が増加した場合でも、減速部１５の出力側のトルクが一定に保持されるように設定される。つまり、順効率時の制限値は、減速部１５の損失トルクとモータ１４が発生するトルクの減少分とを補うことが可能なように（かつ、減速部１５が損傷されるのを抑制するように）設定される。また、逆効率時の制限値は、モータ１４の回転数が増加した場合でも、減速部１５の損失トルクの増加に起因する減速部１５の損傷が抑制されるように設定される。順効率時の制限値および逆効率時の制限値は、実際にモータ１４を駆動させて、減速部１５の損失トルクおよびモータ１４のトルクの低下を測定し、この測定の結果に基づいて取得される。

【0044】

次に、図１１を参照して、減速部１５を介して駆動力を伝達するモータ１４に通電する電流を制限する電流制限方法について説明する。

【0045】

ステップＳ１において、電流制限装置２１は、モータ１４の速度（回転数）を取得する。具体的には、上位命令装置からの時刻歴指令位置を微分して速度（指令速度）を取得する。なお、エンコーダ１６から取得されるモータ１４の出力軸１７の角度位置に基づいて、モータ１４の回転数を取得してもよい。

【0046】

ステップＳ２において、電流制限部２３は、取得されたモータ１４の速度（回転数）に基づいて、モータ１４に通電する電流の制限値を設定する。

【0047】

ステップＳ３において、電流制限部２３は、設定された制限値の範囲内において、モータ１４に通電する。上記のステップＳ１～Ｓ３の動作は、モータ１４の動作中に繰り返し行われている。

【0048】

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0049】

本実施形態では、上記のように、モータ１４に通電する電流の制限値は、モータ１４の回転数に応じて変化するように設定されている。これにより、モータ１４の回転数（速度）に応じて変化する減速部１５の損失、および、モータ１４の発生するトルクの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、モータ１４に通電する電流の上限値が設定されている構成において、モータ１４の回転数が大きくなった場合でも、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。

【0050】

また、本実施形態では、上記のように、制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるかまたは小さくなるように設定されている。ここで、減速部１５の損失は、モータ１４が発生するトルクにプラスに寄与する場合（逆効率の場合）と、マイナスに寄与する場合（順効率の場合）とがある。そこで、減速部１５の損失が、モータ１４が発生する力にマイナスに寄与する場合に、順効率の制限値をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくすることによって、モータ１４の発生するトルクの低下と減速部１５の損失とを補うようにモータ１４に通電する電流を調整することができる。また、減速部１５の損失が、モータ１４が発生する力にプラスに寄与する場合に、逆効率の制限値をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくすることによって、減速部１５の損失がプラスになる分を除去するようにモータ１４に通電する電流を調整することができる。これらの結果、減速部１５の損失がプラスに寄与する場合とマイナスに寄与する場合との両方において、モータ１４に通電する電流を適切に調整することができる。

【0051】

また、本実施形態では、上記のように、制限値の変化率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。これにより、減速部１５の損失の変化率、および、モータ１４の発生するトルクの低下の変化率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるので、制限値の変化率をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定することによって、モータ１４に通電する電流をより適切に調整することができる。その結果、モータ１４のトルクを適切に調整することができる。

【0052】

また、本実施形態では、上記のように、電流の制限値は、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有し、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、順効率時の制限値および逆効率時の制限値は、モータ１４の回転数に応じて変化するように設定されている。ここで、順効率の場合、減速部１５の損失は、モータ１４が発生する力にマイナスに寄与し、逆効率の場合、減速部１５の損失は、モータ１４が発生する力にプラスに寄与する。そこで、上記のように、制限値が、順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有する逆効率時の制限値とを含むことによって、順効率および逆効率のいずれの場合においても、モータ１４に通電する電流を適切に調整することができる。

【0053】

また、本実施形態では、上記のように、順効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、逆効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている。これにより、順効率の場合には、減速部１５の損失は、モータ１４が発生するトルクにマイナスに寄与するので、順効率時の制限値の絶対値をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定することによって、モータ１４の発生するトルクの低下と減速部１５による損失とを補うようにモータ１４に通電する電流を適切に調整することができる。また、逆効率の場合には、減速部１５の損失は、モータ１４が発生するトルクにプラスに寄与するので、逆効率時の制限値の絶対値をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定することによって、減速部１５に過大なトルクがかかることに起因して減速部１５が損傷するのを抑制することができる。

【0054】

また、本実施形態では、上記のように、順効率時の制限値の増加率および逆効率時の制限値の減少率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。これにより、減速部１５の損失の増加率、および、モータ１４の発生するトルクの低下の減少率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるので、順効率時の制限値の増加率および逆効率時の制限値の減少率をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定することによって、モータ１４に通電する電流をより適切に調整することができる。

【0055】

また、本実施形態では、上記のように、制限値は、モータ１４の回転数に応じて変化するように設定されている。これにより、モータ１４の回転数に応じて変化する減速部１５の損失トルク、および、モータ１４の発生するトルクの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、モータ１４の回転数が大きくなった場合に、減速部１５の損失、および、モータ１４の発生するトルクの低下を考慮して、モータ１４に通電する電流を調整することができるので、モータ１４の回転数が大きくなった場合でも、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。

【0056】

また、本実施形態では、上記のように、制限値は、モータ１４が発生するトルクによって減速部１５が損傷されるのを抑制するように、かつ、減速部１５の出力側のトルクを一定の値に維持するように設定されている。これにより、減速部１５が損傷されるのを抑制しながら、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。

【0057】

また、本実施形態では、上記のように、モータ１４は、ロボット１０の関節１２に設けられている。これにより、ロボット１０の関節１２に設けられるモータ１４において、モータ１４の回転数が大きくなった場合でも、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。

【0058】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0059】

たとえば、上記実施形態では、産業用のロボット１０に本開示を適用する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、図１２に示すように、医療用のロボット３０に本開示を適用してもよい。ロボット３０は、ポジショナ３１（多関節ロボット）と、アームベース３２と、複数のアーム３３とを備えている。複数のアーム３３の各々の先端には、医療器具３４が取り付けられている。本開示の電流制限装置は、たとえば、ポジショナ３１（多関節ロボット）やアーム３３の関節のモータに流れる電流を制限する。これにより、医療用のロボット３０において、モータ１４の速度（回転数）が大きくなった場合でも、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。

【0060】

特に医療用のロボット３０では、医療用のロボット３０を配置するためのスペースが限られている、関節が多い、衝突時の衝撃の低減のために駆動電圧を低くする必要がある、などの理由から、低出力のモータ１４を高減速比で使用することがある。この場合、駆動系の摩擦による影響が大きくなるため、本開示のように電流の制限値をモータ１４の回転数に応じて変化させることは特に有効である。

【0061】

また、上記実施形態では、本開示の「駆動部」としてモータ１４が適用される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、本開示の「駆動部」として比例ソレノイド、リニアモータ、ボイスコイルおよび球面アクチュエータなどのアクチュエータを適用してもよい。また、本開示の「駆動部」としてパウダクラッチ・ブレーキ、ヒステリシスクラッチ・ブレーキを適用してもよい。

【0062】

また、上記実施形態では、本開示の「駆動力伝達部」として減速部１５が適用される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、モータが直線運動するリニアモータである場合、駆動力伝達部は、リニアモータの直線運動の力を伝達する。また、制限値は、リニアモータの直線移動の速度に応じて変化するように設定される。

【0063】

また、上記実施形態では、順効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転が大きくなるにしたがって徐々に大きくなり、逆効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転が大きくなるにしたがって徐々に小さくなるように設定されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、順効率時の制限値の絶対値が、モータ１４の回転が大きくなるにしたがって段階的に大きくなり、逆効率時の制限値の絶対値が、モータ１４の回転が大きくなるにしたがって段階的に小さくなるように設定されていてもよい。

【0064】

また、上記実施形態では、制限値の変化率は、モータの速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、減速部１５の損失トルクやモータ１４の回転数の増加に伴うモータ１４の発生するトルク低下の変化率が小さい場合（線形に近い場合）など、制限値の変化率が一定であってもよい。

【0065】

また、上記実施形態では、順効率時の制限値と逆効率時の制限値とが設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、順効率時の制限値と逆効率時の制限値との差異が小さい場合などでは、順効率と逆効率とにおいて共通の制限値が設けられていてもよい。

【0066】

また、上記実施形態では、逆効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、モータ１４の制御によっては、モータ１４の回転数の高速域において、逆効率時の制限値の絶対値を、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定してもよい。

【0067】

また、上記実施形態では、位置／速度制御部２２が、モータ１４ａ～１４ｆに対して共通に（１つ）設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、図１３に示すように、位置／速度制御部１２２ａ～１２２ｆが、モータ１４ａ～１４ｆに対して個別に設けられていてもよい。

【0068】

また、上記実施形態では、位置／速度制御部２２と、電流制限部２３ａ～２３ｆとが個別に設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、図１４に示すように、位置／速度制御部および電流制限部を含む１つの制御部２６が設けられていてもよい。

【0069】

また、上記実施形態では、電流制限部２３が、アンプ２５の上流側に設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、電流制限部２３は、位置／速度制御部２２とモータ１４とが接続されるラインの何処か（アンプ２５の出力側、エンコーダ１６からフィードバックされるラインなど）に設けられていればよい。

【符号の説明】

【0070】

１０ ロボット
１２、１２ａ～１２ｆ 関節
１４、１４ａ～１４ｆ モータ（駆動部）
１５、１５ａ～１５ｆ 減速部（駆動力伝達部）
２０ ロボット制御部
２１ 電流制限装置
２３、２３ａ～２３ｆ 電流制限部
３０ ロボット（医療用のロボット）
１００ ロボットシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】