ITMI981649A1

ITMI981649A1 - Dispositivo di controllo di motori multi-assi

Info

Publication number: ITMI981649A1
Application number: IT98MI001649A
Authority: IT
Inventors: Nobuo Arakawa
Original assignee: Sanyo Electric Co
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2000-01-17
Also published as: DE19832819A1; ITMI981649A0; JPH11299291A; US6188190B1

Description

DESCRIZIONE dell’Invenzione industriale avente per titolo:

«DISPOSITIVO DI CONTROLLO DI MOTORI MULTI-ASSI»

SFONDO DELL’INVENZIONE

Campo dell’Invenzione

La presente invenzione riguarda un dispositivo di controllo di motori multi-assi impiegato per controllare l'azionamento di una molteplicità di servo-motori per consentire controllo multi-assi in un robot industriale o simili.

Tecnica di Sfondo

Il dispositivo di controllo di motori multi-assi convenzionale è dotato di un'unità di controllo dedicata separata per il servo- motore associato con ciascun asse. Ciascuna unità di controllo è dotata di numerosi connettori per stabilire le interconnessioni elettriche richieste. Sono pure richiesti numerosi cavi. Il sistema convenzionale è perciò costoso a causa dell'elevato costo del gran numero di componenti richiesti e del considerevole costo di installare il complesso cablaggio.

Per risolvere questo problema, il Documento Brevettuale Giapponese Pubblicato No. Hei 8-256500, ad esempio, insegna una configurazione in cui un gruppo di unità elementari funzionali sono disposte su e fissate ad un pannello circuitale dotato preliminarmente di cablaggio circuitale. Il fissaggio delle unità elementari funzionali posizionate sul pannello circuitale consente a connettori laterali delle unità elementari funzionali di impegnarsi con connettori laterali del pannello circuitale attraverso il cablaggio circuitale per stabilire connessione elettrica per le unità elementari funzionali. Questa architettura riduce il numero di connettori semplificando la disposizione di cablaggio e migliorando la disposizione dei connettori. Inoltre, l'interconnessione delle unità elementari funzionali attraverso i connettori determina una disposizione di cablaggio più razionale che consente una riduzione nel numero di fili. Ciò semplifica pure il cablaggio. In aggiunta, l'architettura migliora l'affidabilità di operazioni di controllo eliminando errori di cablaggio e favorire nell'impedire a rumore esterno di penetrare nel cablaggio.

Questa tecnologia convenzionale realizza i propri vantaggi raggruppando le unità, impegnando le unità con il pannello circuitale attraverso connettori, ed utilizzando cablaggio realizzato preliminarmente sul pannello circuitale per stabilire le interconnessioni elettriche richieste. Tuttavia, al tempo stesso, tale architettura non fornisce alcuna flessibilità nella posa delle unità nel pannello di controllo. Ciò rende impossibili ottimizzare l'utilizzazione spaziale del pannello di controllo.

In aggiunta, il fatto che i cavi intercolleganti le unità siano di tipi speciali diversi complica il cablaggio e riduce pure il numero di identici connettori, cavi e altri componenti. Ciò fa aumentare il numero di tipi di componenti e fa pure aumentare il costo unitario dei componenti.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE Uno scopo della presente invenzione è perciò quello di fornire un dispositivo di controllo multi-assi in grado di eliminare i summenzionati inconvenienti della tecnica nota. Un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire un dispositivo di controllo di motori multi-assi che abbia un semplice sistema di cablaggio e fornisca grande libertà nella disposizione delle unità.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire un dispositivo di controllo di motori multi-assi il cui costo sia ridotto riducendo il numero di tipi di componenti impiegati per l'interconnessione elettrica.

Per raggiungere questi scopi, l'invenzione fornisce un dispositivo di controllo di motori multi-assi includente almeno una sezione di alimentazione di potenza o energia elettrica che converte potenza AC (alternata) alimentata da una sorgente di potenza AC in potenza DC (continua) ed una sezione di controllo di azionamento di motori che è dotata di unità multiple ciascuna eseguente una funzione di controllo differente ed alloggiate in un alloggiamento separato e convertente la potenza DC in potenza di controllo AC per controllare l'azionamento di motori associati con assi diversi, il dispositivo di controllo motori multi-assi comprendendo connettori generici previsti sulle unità della sezione di controllo di azionamento di motori e cavi a bus locali intercolleganti elettricamente le unità attraverso i connettori generici per consentire trasmissione e ricezione di segnali richiesti tra le unità attraverso i cavi a bus locali. La trasmissione di un segnale da una qualsiasi unità ad un'altra unità viene effettuata attraverso cavi a bus locali che intercollegano elettricamente le unità attraverso connettori generici, cioè connettori realizzati a specifiche comuni, previsti sulle unità individuali. Grazie a tale configurazione, l'interconnessione elettrica tra le unità è semplice e il grado di libertà nella posa delle unità è elevato.

La sezione di controllo di azionamento di motori può avere un'unità di controllo multiazionamenti che esegue elaborazione in base a comandi da un'unità di controllo centrale per effettuare controllo tra cui controllo ad anello di posizione e controllo ad anello di velocità, per tutti gli assi e una molteplicità di unità a servo-amplificatori ciascuna prevista in associazione con ciascun motore associato con un asse che esegue elaborazione d'anello di corrente e elaborazione comportante azionamento del motore in base a comandi di corrente dall'unità di controllo multi-azionamenti, segnali trasmessi e ricevuti tra l'unità di controllo multi-azionamenti e le unità a servo-amplificatori essendo trasmessi e ricevuti attraverso i cavi a bus locali. Vari segnali di comando dall'unità di controllo centrale sono trasmessi alle unità subordinate e simili attraverso i cavi a bus locali, e segnali dalle unità subordinate sono trasmessi all'unità di controllo centrale pure attraverso i cavi a bus locali. La trasmissione e la ricezione di segnali tra l'unità di controllo multiazionamenti e le unità a servo-amplificatori viene condotto similmente.

La sezione di controllo di azionamento dei motori può avere un'unità di interfaccia manipolante l'ingresso e l'uscita di segnali per tutti gli assi rispetto all'esterno, segnali trasmessi e ricevuti tra l'unità di controllo multi-azionamenti e l'unità d'interfaccia essendo trasmessi e ricevuti attraverso i cavi a bus locali. In questo caso, segnali immessi nell'unità di interfaccia dall'esterno, ad esempio segnali servo ON, segnali di limitazione di coppia, segnali di ripristino d'allarme, segnali analogici, segnale di interruttori fotoelettrici, segnali di valvole e segnali di sensori di temperatura, sono trasmessi alle unità a servo-amplificatori attraverso i cavi a bus locali. Inoltre, segnali dalle unità a servo-amplificatori sono trasmessi all'unità di interfaccia attraverso i cavi a bus locali, e l'unità d'interfaccia fornisce in uscita segnali d'allarme, segnali di bassa velocità, segnali d'interfaccia, segnali analogici e simili all'esterno.

L'invenzione sarà meglio compresa e altri scopi e vantaggi di essa risulteranno più evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite con riferimento ai disegni acclusi.

BREVE SPIEGAZIONE DEL DISEGNO

La Figura 1 è uno schema a blocchi di un dispositivo di controllo di motori multi-assi costituente una forma di realizzazione dell'invenzione .

Descrizione Dettagliata Della Forma Di Realizzazione Preterita La Figura 1 è uno schema a blocchi di un dispositivo di controllo di motori multi-assi che costituisce una forma di realizzazione del-l'invenzione. Il dispositivo 1 di controllo di motori multi-assi rappresentato in Figura 1 è un dispositivo di controllo a quattro assi configurato per controllare servo-motori 3, 4 e 5 ed un motore lineare 6 in risposta a comandi da una unità di controllo numerica 2. Esso è dotato di unità 7 e 8 di alimentazione di potenza o energia elettrica, e di una sezione 9 di controllo di azionamento dei motori per controllare 1'azionamento dei servo-motori 3, 4 e 5 del motore lineare 6.

Come sarà ulteriormente spiegato in seguito, la sezione 9 di controllo di azionamento dei motori è alimentata con potenza DC (continua) dalle unità 7 e 8 di alimentazione di potenza o energia elettrica. Essa converte questa potenza DC in potenza di controllo AC che essa impiega per controllare l'azionamento dei servo-motori 3, 4 e 5 del motore lineare 6. L'unità fornente ciascuna funzione di controllo nella sezione 9 di controllo di azionamento dei motori è alloggiata in un alloggiamento separato. La sezione 9 di controllo di azionamento dei motori include un'unità 10 di controllo muti-azionamenti, unità a servo- amplificatori 11-14 rispettivamente as-sociate con i servo-motori 3, 4 e 5 ed il motore lineare 6, ed una unità di interfaccia 15. Queste unità sono intercollegate elettricamente, come sarà spiegato in seguito.

Le unità a servo-amplificatori 11-14 sono collegate ai servo- motori 3, 4 e 5 e al motore lineare 6 mediante cavi 201-204 di distribuzione di potenza o energia elettrica ai motori. Codificatori 16-19 previsti ciascuno in associazione con ciascuno dei servo-motori 3, 4 e 5 e il motore lineare 6 producono segnali di retroazione di posizione che sono applicati in ingresso alle unità a servo-amplificatori 11-14 attraverso i cavi 101-104 dei segnali di codificatori.

L'unità di controllo multi-azionamenti 10 è collegata alla unità di controllo numerico digitale 2 mediante un cavo di comando 105 e ad un dispositivo di monitoraggio 20 mediante il cavo di monitoraggio 106. Il cavo di comando 105 consente a segnali di comando di posizione di essere trasmessi dall'unità di controllo numerica 2 all'unità di controllo multi-azionamenti 10 e a segnali di stato di essere trasmessi dall'unità di controllo multi-azionamenti 10 all'unità di controllo numerica 2.

L'unità di controllo multi-azionamenti 10, le unità a servo- amplificatori 11-14 e l'unità d'interfaccia 15, che costituiscono gli elementi essenziali della sezione 9 di controllo di azionamento dei motori sono previste nei loro alloggiamenti 10A, HA, 12A, 13A e 14A e 15A mediante mezzi convenzionali appropriati con connettori generici 31-36. Per "connettori generici" si intendono connettori realizzati con le medesime specifiche. I connettori generici 31-36 sono intercollegati mediante cavi a bus locali 301-305 per la trasmissione di segnali seriali. Specificatamente, i cavi a bus locali 301-305 sono dotati di connettori 31A-36A che si accoppiano in modo disimpegnabile con i connettori generici 31-36 in modo da realizzare connessione elettrica con le unità corrispondenti. Accoppiamento dei connettori 31A-36A e dei connettori generici 31-36 completa la configurazione della sezione 9 di controllo di azionamento di motori.

L'unità 7 di alimentazione di potenza o energia elettrica è alimentata attraverso in cavo di potenza 401 con potenza trifase a 200 V da una linea di potenza commerciale, che essa converte in potenza DC. Potenza DC da una sezione di potenza principale dell'unità di alimentazione di potenza 7 (non rappresentata) è alimentata alle unità a servo-amplificatori 11, 12 e 14 attraverso un cavo 502 a bus di potenza principale, mentre potenza DC da una sezione di potenza di controllo dell'unità 7 di alimentazione di potenza (non rappresentata) è alimentata all'unità di controllo multi-azionamenti 10 e alle unità a servo- amplificatori 11, 12 e 14 attraverso un cavo 501 a bus di potenza di controllo. L'unità 8 di alimentazione di potenza è alimentata attraverso un cavo di potenza 402 con potenza a 200 V trifase da una linea di potenza commerciale, che essa converte in potenza DC. Potenza DC da una sezione di potenza principale dell'unità 8 di alimentazione di potenza (non rappresentata) viene alimentata all'unità a servo-amplificatore 13 attraverso un cavo a bus di potenza principale 503, mentre potenza DC da una sezione di potenza di controllo dell'unità 8 di alimentazione di potenza (non rappresentato) è alimentata all'unità a servo-amplificatore 13 attraverso un cavo a bus di potenza di controllo 504. Si deve notare, tuttavia, che questa forma di realizzazione non è limitata alla summenzionata alimentazione di potenza trifase a 200 V attraverso i cavi di potenza 401 e 402. Piuttosto, la potenza alimentata può, ad esempio, avere tensione più alta come ad esempio 400 V. Inoltre, è possibile adottare alimentatori di potenza intelligenti come le unità di alimentazione di potenza 7 e 8. Poiché ciò consente a cavi simili ai cavi a bus locali 301- 305 di essere impiegati per trasmettere e ricevere segnali di allarme, segnali di sequenziamento e altra informazione tra le unità, comprese le unità di alimentazione di potenza 7 e 8, ciò è efficace nell'implementare controllo di sequenza pure comprendente le unità di alimentazione di potenza 7 e 8. Le connessioni a cavo a bus locali in questo caso sono rappresentate con linee tratteggiate in Figura 1.

Un dispositivo 1 di controllo di motori multi-assi configurato nel modo precedente, nell'unità di controllo numerica 2 sono immessi in ingresso i dati numerici richiesti per consentire ai servo-motori 3, 4 e 5 e al motore lineare 6 di effettuare controllo di posizione e di profilo e essendo forniti in uscita segnali di comando di posizione per gli assi individuali all'unità 10 di controllo multi-azionamenti attraverso il cavo di comando 105. L'unità di controllo numerica 2 può avere configurazione convenzionale .

In aggiunta al ricevere i segnali di comando di posizione dall'unità di controllo numerica 2, l'unità di controllo multi- azionamenti 10 della sezione o di controllo di azionamento dei motori riceve pure i segnali di retroazione di posizione prodotti mediante i codificatori 16-19. Questi segnali di retroazione di posizione sono dapprima trasmessi alle unità a servoamplificatori associate e quindi inoltrati alle unità di controllo multi-azionamenti 10 attraverso i cavi a bus locali 301-304 in modo seriale. In base ai segnali ricevuti, l'unità din controllo multi-azionamenti 10 esegue elaborazione per controllo ad anello di posizione e controllo ad anello di velocità e fornisce in uscita comandi di corrente alle unità a servoamplificatori 11-14. Questi comandi di corrente sono trasmessi attraverso i cavi a bus locali 301-304 alle unità a servo- amplificatori 11-14 in modo seriale. In questo modo, la sezione 9 di controllo d'azionamento dei motori converte la potenza DC alimentata dalle unità 7 e 8 di alimentazione di potenza in potenza di controllo AC impiegata per controllare l'azionamento dei motori associati con gli assi individuali, cioè i servo-motori 3, 4 e 5 ed il motore lineare 6.

La funzione dell'unità di interfaccia 15 è quella di effettuare ingresso/uscita di segnali rispetto ad un sistema di controllo centrale includente l'unità di controllo numerica 2. All'unità di interfaccia 15 sono applicati in ingresso dall'esterno segnali d'ingresso d'interfaccia SA come pure segnali analogici (non rappresentati) includenti, ad esempio, un segnale di sensore di temperatura. I segnali d'ingresso d'interfaccia SA includono, ad esempio, servomotori di stato ON, segnali di limitazione di coppia, segnali di ripristino d'allarme, segnali di interruttori fotoelettrici, e segnali di valvole. Questi segnali SA d'ingresso d'interfaccia sono inoltrati in un modo seriale attraverso i cavi a bus locali 301-305 all'unità 10 di controllo multi- azionamenti, ove essi sono impiegati per vari tipi di controllo di sequenza.

L'unità di interfaccia 15 esegue la funzione di emettere in uscita segnali d'uscita d'interfaccia SB e segnali analogici (non rappresentati) che devono essere trasmessi dal dispositivo 1 di controllo di motori multi-assi all'esterno. Questi segnali d'uscita d'interfaccia SB, che includono segnali d'allarme, segnali di bassa velocità, segnali di funzionamento pronto, e simili, sono emessi in uscita in base a segnali ricevuti da parte dell'unità di interfaccia 15 dall'unità di controllo multi-azionamenti 10 e dalle unità a servo-amplificatori 11-14 attraverso i cavi a bus locali 301-305.

L'unità di controllo multi-azionamenti 10 riceve inoltre vari segnali di impostazione di parametri dal dispositivo di monitoraggio 20 e trasmette al dispositivo di monitoraggio 20 segnali per monitorare il controllo. Ciò consente all'operatore di monitorare il controllo realizzato mediante il dispositivo di controllo 1 di motori multi-assi, in corrispondenza del dispositivo di monitoraggio 20.

Come è stato spiegato precedentemente, le unità costituenti la sezione 9 di controllo di azionamento dei motori, cioè l'unità 10 ci controllo multi-azionamenti, le unità a servo-amplificatori 11-14 e l'unità d'interfaccia 15, sono intercollegate mediante i cavi a bus locali del tipo a trasmissione seriale 301-305 utilizzanti i connettori generici 31-36 previsti nei casi individuali. Segnali possono perciò essere trasmessi e ricevuti tra unità desiderate mediante trasmissione seriale impiegando i cavi a bus locali 301-305. In altre parole, l'unità di controllo multi-azionamenti 10 può trasmettere comandi di corrente per controllare gli assi individuali a ciascuna delle unità a servo- amplificatori 11-14. Viceversa, ciascuna delle unità a servo- amplificatori 11-14 può trasmettere segnali di retroazione di posizione e segnali di retroazione di corrente all'unità di controllo multi-azionamenti 10. In aggiunta, l'unità di controllo multi-azionamenti 10 e l'unità d'interfaccia 15 possono trasmettere e ricevere i segnali d'ingresso d'interfaccia SA ed i segnali di uscita d'interfaccia SB.

La trasmissione e la ricezione di segnali tra unità desiderate sono così realizzate mediante trasmissione seriale impiegando i cavi a bus locali 301-305, che possono essere collegati e scollegati come desiderato impiegando i connettori generici 31-36. L'interconnessione elettrica tra le unità è perciò più semplice che non nel dispositivo di controllo di motori multiassi convenzionale poiché essa è realizzata senza impiegare grandi numeri di connettori e fili conduttori. Inoltre, poiché non è richiesto al cablaggio dal realizzare preliminarmente su un pannello circuitale, la disposizione delle unità può essere liberamente alterata. Ciò facilita la realizzazione, ad esempio, di una configurazione in cui l'unità di controllo multi- azionamenti 10 è posizionata vicino all'unità di controllo numerica 2, poiché ciò richiede solamente che il cavo a bus locale 301 e il cavo a bus di potenza di controllo 502 abbiano ad essere realizzati lunghi. Inoltre, una configurazione in cui l'unità d'interfaccia 15 è posizionata all'esterno del pannello di controllo può essere realizzata semplicemente allungando il cavo a bus locale 305. Ciò fornisce il vantaggio di consentire efficace utilizzazione dello spazio all'interno del pannello di controllo.

Inoltre, l'interconnessione elettrica tra le unità è semplice e può essere fornita semplicemente accoppiando i connettori 31A-36A dei cavi a bus locali 301-305 con i connettori generici 31-36. L'interconnessione elettrica può perciò essere ottenuta senza rischio di errori di cablaggio a costo notevolmente basso, il che contribuisce a ridurre il costo totale del dispositivo di controllo di motori multi-assi.

In aggiunta, l'impiego di componenti intercambiabili, come quelli impiegati nell'adozione dei connettori generici 31-36 e dei cavi a bus locali identicamente configurati 301-305, minimizza il numero di tipi di componenti così da contribuire ulteriormente alla riduzione del costo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di controllo di motori multi-assi, includente almeno una sezione di alimentazione di potenza o energia elettrica che converte potenza AC alimentata da una sorgente esterna in potenza DC ed una sezione di controllo di azionamento di motori che è dotata di una molteplicità di unità ciascuna eseguente una funzione di controllo diversa e alloggiate in un alloggiamento separato e converte la potenza DC in potenza di controllo AC per controllare l'azionamento di motori associati con assi diversi, il dispositivo di controllo di motori multi-assi comprendendo connettori generici previsti sulle unità della sezione di controllo di azionamento di motori e cavi a bus locali intercolleganti elettricamente le unità attraverso i connettori generici per consentire trasmissione e ricezione di segnali richiesti tra le unità attraverso i cavi a bus locali.
2. Dispositivo di controllo di motori multi-assi secondo la rivendicazione 1, in cui la sezione di controllo di azionamento di motori comprende un'unità di controllo multi-azionamenti che esegue elaborazione in base a comandi da un'unità di controllo centrale per effettuare controllo includente controllo ad anello di posizione e controllo ad anello di velocità per tutti gli assi e una molteplicità di unità a servo-amplificatori ciascuna prevista in associazione con ciascun motore associato con un asse che esegue elaborazione ad anello di corrente ed elaborazione comportante l'azionamento dei motori in base a comandi di corrente dall'unità di controllo multi-azionamenti, segnali trasmessi e ricevuti tra l'unità di controllo multiazionamenti e le unità a servo-amplificatori essendo trasmessi e ricevuti attraverso i cavi a bus locali.
3. Dispositivo di controllo di motori multi-assi secondo la rivendicazione 1, in cui la sezione di controllo di azionamento di motori comprende un'unità d'interfaccia che manipola ingresso e uscita di segnali per tutti gli assi rispetto all'esterno, segnali trasmessi e ricevuti tra l'unità di controllo multi-azionamenti e l'unità di interfaccia essendo trasmessi e ricevuti attraverso i cavi a bus locali.
4. Dispositivo di controllo di motori multi-assi secondo la rivendicazione 3, in cui l'unità d'interfaccia è dotata di almeno un con nettore generico realizzato alle medesime specifiche di quelle dei connettori generici previsti sulle unità della sezione di controllo di azionamento dei motori, l'unità d'interfaccia essendo collegata al cavo a bus locale attraverso il connettore generico.
5. Dispositivo di controllo di motori multi-assi secondo la rivendicazione 2, in cui l'unità di controllo centrale è un'unità di controllo numerico.
6. Dispositivo di controllo di motori multi-assi secondo la rivendicazione 1, in cui la sezione di alimentazione di energia o potenza elettrica è pure dotata di un connettore generico e la sezione di alimentazione di energia o potenza elettrica è collegata elettricamente a un cavo a bus locale attraverso il connettore generico per consentire trasmissione e ricezione di segnali richiesti tra la sezione di alimentazione di energia o potenza elettrica e la molteplicità di unità attraverso i cavi a bus locali.