专利名称：伺服电动机停止控制方法以及伺服电动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种伺服电动机停止控制方法以及伺服电动机控制装置，其适用于例如使用产业机器人、机床、位置决定装置等的伺服电动机的系统，通过速度控制对装有制动器的伺服电动机的旋转进行制动使其停止。
背景技术：
目前，在具有伺服电动机的各种系统中，为了在紧急停止时使伺服电动机在尽可能短的时间内并且安全地停止，使用利用了伺服电动机的再生能的动力制动器和电磁制动器来使其减速/停止，在伺服电动机停止后通过电磁制动器来保持可动部的停止状态。图4是将现有的伺服电动机的紧急停止时的减速特性与使制动器有效的时间相结合，以伺服电动机的旋转速度与时间之间的关系来进行表示。
如图4所示，虽然在紧急停止时，当使动力制动器与电磁制动器有效时可以缩短停止时间T，但另一方面，由于刚刚紧急停止后的制动转矩过大，因而存在在减速中产生振动、冲击这样的问题。产生了振动、冲击的部分与表示减速特性的曲线杂乱的部分相对应。
为了解决上述的问题，在图5中表示了取代动力制动器，使用通过速度控制的制动方法来进行伺服电动机的减速处理的一个例子。该图5是在紧急停止时，进行通过速度控制的减速处理，在伺服电动机的旋转停止后使电磁制动器有效。根据图5可知，在该情况下，在电动机的减速中不产生振动、冲击，表示减速特性的曲线变得平稳，但是伺服电动机的停止时间变长。并且，得到这样的平稳的曲线仅限于从伺服电动机的负载(转速)较低的状态进行紧急停止的情况，在从伺服电动机的速度、负载较高的状态进行紧急停止时，判明如图6所示曲线比较杂乱。
在图6中，结合使电磁制动器有效的时间，表示了电动机的转矩特性以及电动机的减速特性。表示减速特性的曲线波状地杂乱的部分与表示转矩特性的曲线的饱和的部分，即平直的顶点部分。即，表示减速特性的曲线波状地杂乱的原因在于，通过速度控制对伺服电动机进行减速控制时的制动转矩到达各个伺服电动机所具有的固有的最大允许转矩，陷入伺服电动机不能控制的状态，起因在于伺服电动机的转矩不足。在图6中可知以虚线表示速度指令，以实线表示实际的速度结果，由于转矩不足导致速度结果杂乱，停止时间变长。
如上所述，通过对伺服电动机进行速度控制，可以使伺服电动机平稳地停止，但是在从伺服电动机的速度、负载较高的状态使伺服电动机紧急停止的情况下，制动转矩饱和，由此成为不能控制的状态，存在产生振动、产生针对控制指令的应答延迟的问题。即，在伺服电动机的旋转速度、负载低的条件下，可以不产生振动在较短的停止时间内使伺服电动机停止，但在伺服电动机的旋转速度、负载近似于最高(最大)的条件下，由于伺服电动机的转矩不足导致无法控制，存在产生振动、产生针对控制指令的应答延迟的问题。
发明内容
本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种在紧急停止时，能够以较短的时间、较短的停止距离，平稳地停止的伺服电动机停止控制方法以及伺服电动机控制装置。
为了实现所述目的，本发明提供一种伺服电动机停止控制方法，其在使装有制动器的伺服电动机的旋转停止的伺服电动机停止控制方法中，在通过速度控制使所述伺服电动机正在减速时使所述制动器有效地执行功能，从而使所述伺服电动机停止。
另外，本发明提供一种伺服电动机控制装置，在具有对装有制动器的伺服电动机进行控制的电动机控制部的伺服电动机控制装置中，所述电动机控制部具有速度指令部，其为了使所述伺服电动机的旋转停止输出速度指令；和制动器开关部，其针对切换所述制动器的ON/OFF的制动器电路，输出开关指令，通过所述速度指令部在所述伺服电动机正在减速时，通过所述制动器开关部使所述制动器有效地执行功能，从而使所述伺服电动机停止。
通过与附图相关联的以下的最佳实施方式的说明，本发明的上述以及其他的目的、特征及优点会更加明确。在图中，图1是表示本发明的伺服电动机控制装置的一实施方式的结构图。
图2结合使电磁制动器有效的时间，表示电动机的转矩特性、电动机的减速特性。
图3是通过伺服电动机控制装置的停止控制的流程图。
图4是在现有的伺服电动机控制装置中，结合使动力制动器以及电磁制动器有效的时间，表示电动机的减速特性的一个例子。
图5是在现有的伺服电动机控制装置中，结合使电磁制动器有效的时间，表示电动机的减速特性的另外的一个例子。
图6是在现有的伺服电动机控制装置中，结合使电磁制动器有效的时间，表示电动机的转矩特性以及电动机的减速特性。
具体实施例方式
下面使用附图对本发明的实施方式的具体例子进行详细地说明。图1是表示本发明的伺服电动机控制装置的结构图。
本实施方式的伺服电动机停止控制装置1是一种对旋转驱动未图示的多关节产业机器人的关节部的、装有电磁制动器(制动器)9的伺服电动机2进行控制的控制装置，具有电动机控制部4；和通过该电动机控制部4进行控制来切换电磁制动器(制动器)9的ON/OFF状态的制动器电路5。
伺服电动机2具有电动机主体7；作为检测电动机的位置信息的位置检测器的编码器8；以及作为摩擦制动器以及限动器来执行功能的电磁式的电磁制动器9。经由对伺服电动机的转数进行减速来提高输出转矩的未图示的减速器，由伺服电动机2驱动作为可动部的关节部。
电磁制动器9主要是在伺服电动机2的旋转停止后有效，作为所谓的限动器执行功能，但在本发明中，在伺服电动机2的减速的过程中也可以作为摩擦制动器来执行功能地使用。另外，作为摩擦制动器使用时的制动转矩以与电动机的最大允许转矩相等或者比最大转矩小的情况为前提。
此外，本实施方式的伺服电动机2记载了用于产业机器人的情况，但也可以用于使用直线电动机的水平轴移动装置、由伺服电动机和减速机组成的位置决定装置、对由机床的滚珠丝杆及螺母所组成的传送轴进行驱动的装置。
伺服放大器3是由晶体管变换器等构成，根据来自电动机控制部4的速度指令，使伺服电动机2加速减速以及停止的动力源。在使伺服电动机2减速/停止的情况下，例如将速度指令设为“0”，通过对伺服电动机2进行减速控制来执行。
电动机控制部4具有未图示的控制部主体；未图示的公共存储器；和数字伺服电路6。来自控制部主体的移动指令等经由公共存储器被发送给数字伺服电路6。相反，来自数字电路6的异常信号等经由公共存储器被发送给控制部主体。即，控制部主体和数字伺服电路6可以经由公共存储器向双方向进行收发。
数字伺服电路6，具有安装有CPU、ROM、RAM等电子部件的输入输出电路，通过该输入输出电路和控制程序的协作，来构成速度指令部11、制动器开关12和监视部13。向CPU输入来自编码器8的位置数据，通过对位置数据进行微分，得到伺服电动机2的速度数据。另外，向CPU输入来自伺服放大器3的数据电流值，根据该电流值，得到电动机2的转矩数据。
速度指令部11构成速度反馈电路，根据位置数据、速度数据、转矩数据计算向电动机2的速度指令值，经由伺服放大器3控制伺服电动机2。向伺服电动机2提供的电流通过软件规定最大允许电流。具有在电动机电流指令值超过最大允许电流时，进行钳位(clamp)以使电动机电流值不超过最大允许电流的功能，在该功能工作时判定为转矩饱和。
例如，在对伺服电动机2进行停止控制时，使速度指令为“0”，由此，通过反馈处理计算出的转矩指令(电流指令)成为逆向驱动伺服电动机2的指令，以规定的制动转矩使伺服电动机2减速、停止。在从伺服电动机2以最大的负载旋转的状态进行紧急停止时，对转矩指令的指令值(制动转矩)钳位使其与最大允许转矩一致，本发明在进行了钳位的时间使电磁制动器9有效(图2)，从而使转矩降低并且在减速中不产生振动、冲击。
电磁制动器9根据由监视部13监视到的转矩指令值，通过制动器开关部12使制动器电路ON/OFF，由此对电磁制动器9的有效/无效进行切换。
所述监视部13是监视伺服电动机2的减速过程中的转矩指令值是否超过了预先设定的等于或低于伺服电动机的最大允许转矩的设定值的单元。在电动机控制部中设定的设定值将电动机的最大允许转矩设定为初始值，但是通过设定为小于最大允许转矩的值，可以使制动器快速起效。该数值根据紧急停止时的停止距离、控制的安定性，通过调整来决定。
上述的制动器开关部12是对切换电磁制动器9的制动器电路5输出开关指令的单元。作为制动器电路5的一个例子，可以列举出具有晶体管的电子电路，具有继电器的电子电路。
然后，根据图3，对伺服电动机停止装置的紧急停止时的流程进行说明。伺服电动机停止控制装置1(图1)当在步骤S1输入了紧急停止输入时进行停止控制。在紧急停止时的伺服电动机2的速度较慢的情况下，即，伺服电动机2以较低的负载旋转的情况下，通过步骤S2的停止控制，伺服电动机的制动转矩不饱和，即使电磁制动器无效，也可以不产生振动、冲击地以较短的时间使伺服电动机停止。此外，通过停止后使电磁制动器有效，可以保持停止状态。
另一方面，在紧急停止时的电动机的速度较快的情况下，即，伺服电动机2以较高的负载旋转的情况下，在步骤S3中检测伺服电动机2的制动转矩的饱和(图2)，在步骤S4中在已饱和的时间使电磁制动器有效，解除制动转矩的饱和状态，在步骤S5中判断停止是否完成，在已停止时在步骤S6中在电磁制动器9有效的状态下切断电动机的动力。因此，在紧急停止时的电动机的速度较快的情况下，通过电磁制动器9的制动辅助来回避制动转矩的饱和状态，可以平稳地以较短的时间使伺服电动机停止。
如以上所述，根据本实施方式，通过在伺服电动机2的减速过程中使电磁制动器9有效，可以同时使用通过速度控制的制动和通过电磁制动器9的制动，可以提高伺服电动机2的制动力，并且可以在伺服电动机2的最大允许转矩的范围内使伺服电动机2停止。因此，在紧急停止时，可以不发生振动、冲击地提前停止的定时。
此外，本发明并不限定于本实施方式，可以进行各种变形。例如，可以取代对伺服电动机2的减速过程中的制动转矩进行监视的单元，具有对速度指令部的速度指令值与伺服电动机2的实际的旋转速度的误差进行监视的监视部、或者具备监视通过对速度指令部的速度指令值进行积分得到的位置指令值与伺服电动机2的实际的位置之间的误差的监视部。
另外，也可以在伺服电动机2的减速过程中使电磁制动器有效，在电动机的负载减轻，转矩变小后，使电磁制动器无效，只通过速度控制的制动使伺服电动机停止，并在停止后再次使电磁制动器有效。由此，可以不需要为了消除制动器的过度使用所需要的控制。
以上，与本发明的最佳实施方式相关联地对本发明进行了说明，但是对于本领域人员来说，应当理解在不脱离所述权利要求的公开范围的前提下可以进行各种修正以及变更。
权利要求
1.一种伺服电动机停止控制方法，使装有制动器(9)的伺服电动机(2)停止旋转，其特征在于，在通过速度控制使所述伺服电动机(2)正在减速时，使所述制动器(9)有效地执行功能，从而使所述伺服电动机(2)停止。
2.根据权利要求1所述的伺服电动机停止控制方法，其特征在于，在所述伺服电动机(2)的最大允许转矩的范围内，使所述伺服电动机(2)停止。
3.根据权利要求2所述的伺服电动机停止控制方法，其特征在于，将所述伺服电动机(2)的制动转矩与电动机控制部(4)中的与所述伺服电动机(2)的最大允许转矩相等地或者小于最大允许转矩设定的设定值进行比较，在所述制动转矩超出了所述设定值时，使所述制动器(9)有效地执行功能。
4.一种伺服电动机控制装置，其具有对装有制动器(9)的伺服电动机(2)进行控制的电动机控制部(4)，该电动机控制部(4)具有为了使所述伺服电动机(2)停止旋转，输出速度指令的速度指令部(11)，其特征在于，所述电动机控制部(4)还具有制动器开关部(12)，其对于切换所述制动器(9)的ON/OFF的制动器电路(5)输出开关指令，在通过所述速度指令部(11)使所述伺服电动机(2)正在减速时，通过所述制动器开关部(12)使所述制动器(9)有效地执行功能，从而使所述伺服电动机(2)停止。
5.根据权利要求4所述的伺服电动机控制装置(1)，其特征在于，在所述伺服电动机(2)的最大允许转矩的范围内使所述伺服电动机(2)停止。
6.根据权利要求5所述的伺服电动机控制装置(1)，其特征在于，所述电动机控制部(4)具有监视部(13)，其对所述伺服电动机(2)正在减速时的制动转矩超出了所述电动机控制部(4)中的与所述伺服电动机(2)的最大允许转矩相等地或者低于最大允许转矩设定的设定值的情况进行监视，在该监视部(13)检测到所述制动转矩超出了所述设定值时，所述制动器开关部(12)使所述制动器(9)有效地执行功能。
7.根据权利要求5所述的伺服电动机控制装置(1)，其特征在于，所述电动机控制部(4)具有监视部，其在所述伺服电动机(2)正在减速时，对所述速度指令部(11)的速度指令值和所述伺服电动机(2)的实际速度的误差进行监视，在所述误差大于设定值时，所述制动器开关部(12)使所述制动器(9)有效地执行功能。
8.根据权利要求5所述的伺服电动机控制装置(1)，其特征在于，所述电动机控制部(4)具有监视部，其在所述伺服电动机(2)正在减速时，监视通过对所述速度指令部(11)的速度指令值进行积分得到的位置指令值与所述伺服电动机(2)的实际位置的误差，在所述误差大于设定值时，所述制动器开关部(12)使所述制动器(9)有效地执行功能。
9.根据权利要求6～8的任意一项所述的伺服电动机控制装置(1)，其特征在于，在通过所述制动器(9)的制动辅助，所述误差小于所述设定值之后，所述制动器开关部(12)使所述制动器(9)无效，仅通过所述速度指令部(11)的制动方法使所述伺服电动机(2)停止。
全文摘要
在伺服电动机控制装置中，该伺服电动机控制装置具有对装有制动器的伺服电动机进行控制的电动机控制部，电动机控制部是具有速度指令部，其为了使伺服电动机的旋转停止输出速度指令；和制动器开关部，其对切换制动器的ON/OFF的制动器电路输出开关指令，在通过速度指令部的伺服电动机的减速过程中，通过制动器开关部使制动器有效地执行功能，从而使伺服电动机停止的伺服电动机控制装置。电动机控制部还可以具有监视部，其对伺服电动机减速过程中的制动转矩超出了与电动机控制部中的伺服电动机的最大允许转矩相等或者低于最大允许转矩设定的设定值的情况进行监视。
文档编号B23Q15/22GK1945471SQ20061015999
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月29日 优先权日2005年10月7日
发明者桥本良树, 田边义清, 浜田敏彦 申请人:发那科株式会社