WO2018155708A1

WO2018155708A1 - 制御装置

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Publication number: WO2018155708A1
Application number: PCT/JP2018/007261
Authority: WO
Inventors: 毅田頭
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP6803262B2; CN110366708A; US20200068739A1; EP3588213B1; EP3588213A1; KR102263838B1; CN110366708B; KR20190117611A; US11277931B2; EP3588213A4; JP2018142100A

Abstract

制御装置は、筐体と、前記筐体内部に配置された制御回路基板と、を備える。前記制御回路基板は、当該基板上に実装された制御回路と、前記筐体内部において拡張回路基板に接続された通信ケーブルに接続可能な内部コネクタと、前記筐体外部において拡張回路基板に接続された通信ケーブルに接続可能な外部コネクタと、を有する。前記制御回路は、前記内部コネクタおよび前記外部コネクタに並列に接続される。

Description

制御装置

　本発明は、ロボットコントローラ等の制御装置に関する。

　近年、社会インフラ・公共システム製品等を支える制御装置は、製品の高い拡張性や小型化等の要求が益々高まっている。例えば特許文献１には、複数の拡張用のＩ／Ｏボードを筐体内部に配置可能な制御装置が開示されている。

特開２０１２－２５６７６８号公報

　しかし、上記従来の制御装置は、筐体内部に拡張用のＩ／Ｏボードを配置する構成であるため、筐体内部に十分な空間を確保しておく必要がある。その結果、装置の大型化や重量化が避けられず、ユーザの拡張作業が煩雑になってしまう。このような課題はロボットコントローラ等の拡張性の高い制御装置に共通する。

　本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ロボットコントローラ等の拡張性の高い制御装置の小型化を実現しつつユーザの拡張作業を容易にする。

　上記目的を達成するために、本発明のある形態に係る制御装置は、筐体と、前記筐体内部に配置された制御回路基板と、を備え、前記制御回路基板は、当該基板上に実装された制御回路と、前記筐体内部において拡張回路基板に接続された通信ケーブルに接続可能な内部コネクタと、前記筐体外部において拡張回路基板に接続された通信ケーブルに接続可能な外部コネクタと、を有し、前記制御回路は、前記内部コネクタおよび前記外部コネクタに並列に接続される。

　上記構成によれば、制御回路基板が拡張回路基板に接続可能なコネクタを筐体の内部と外部に備えているので、筐体内部だけでなく、筐体外部においても拡張回路基板を接続することができる。ユーザの拡張作業が容易になる。また、筐体内部にのみ拡張回路基板を配置する従来の構成と比べて、制御装置の小型化に寄与できる。

　前記制御回路基板は、一対の信号線の間に配置される終端抵抗と、前記終端抵抗の有効と無効とを切替えるリレー回路と、を更に備え、前記内部コネクタ及び前記外部コネクタのうち少なくとも一方のコネクタを特定コネクタと定義し、前記拡張回路基板に接続された通信ケーブルの前記制御回路基板側のコネクタをケーブルコネクタと定義し、前記リレー回路は、出力端子の一方が前記終端抵抗に接続され、出力端子の他方が一方の信号線に接続され、前記特定コネクタと前記ケーブルコネクタが非接続状態では、オン状態にあり出力電流が流れることによって、前記終端抵抗を有効にする一方、前記特定コネクタと前記ケーブルコネクタが接続状態では、オフ状態に切り替わって出力電流が停止することによって、前記終端抵抗を無効にしてもよい。

　上記構成によれば、制御回路基板が終端抵抗の有効と無効とを切替えるリレー回路を備えているので、筐体の内外に限らず、コネクタとケーブルコネクタの接続／非接続によって、一対の信号線を終端する終端抵抗の無効／有効とを切替えることができる。基板の拡張作業において終端抵抗の取り付け作業や切替作業が不要になる。ユーザの拡張作業が容易になる。

　前記特定コネクタは、前記信号線に接続される信号端子と、前記リレー回路の入力端子の一方に接続される第１端子と、前記リレー回路の入力端子の他方に接続される第２端子と、を有し、前記ケーブルコネクタは、前記信号端子に接続される信号端子と、内部で互いに短絡された二つの短絡端子と、を有し、前記リレー回路は、入力端子の一方が直流電圧供給端子に接続され、入力端子の他方がグランド端子に接続され、前記特定コネクタと前記ケーブルコネクタが非接続状態では、前記入力端子の間に入力電流が流れ、オン状態にあり、前記特定コネクタと前記ケーブルコネクタが接続状態では、前記短絡端子を介して、前記第１端子と前記第２端子の間が短絡され、オフ状態に切り替わるようにしてもよい。

　前記制御回路基板は、前記筐体内部において、少なくとも二枚の前記拡張回路基板と通信ケーブルを介して接続可能であり、且つ、これらの基板と平行に配置されるようにしてもよい。

　上記構成によれば、筐体内部において例えば２枚の拡張回路基板を配置する場合であっても、通信ケーブルを介して接続可能であるので、柔軟な基板配置が可能になる。これらの拡張回路基板を制御回路基板と平行に配置することにより、制御装置の小型化に寄与できる。

　本発明の制御装置は、以上に説明した構成を有し、ロボットコントローラ等の拡張性の高い制御装置の小型化を実現しつつユーザの拡張作業を容易にすることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置の構成図である。図２は、図１のリレー回路の構成を示す回路図である。図３は、図１の制御装置のネットワークの構成の一例を示す図である。図４は、図３の制御装置の内部の構成を示す図である。図５は、図３の制御装置の外部の構成を示す図である。図６は、図３の制御装置の外観を模式的に示した斜視図である。

　以下、好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したものである。

　図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置の構成図である。図１に示すように、制御装置１００は、筐体１と、筐体１内部に配置された制御回路基板２と、を備える。本実施形態では、制御装置１００は、ロボットコントローラである。ロボットコントローラは、ロボットが有するモータの駆動電圧を他の装置からの入力信号に基づき制御する。モータドライバに入力される制御信号の周波数が制御されることにより、モータの駆動量に応じた電流がモータの各相に供給される（図示せず）。

　制御回路基板２は、制御回路３と、差動トランシーバ５と、終端抵抗６と、リレー回路７と、内部コネクタ４ａと、外部コネクタ４ｂと、を有する。

　制御回路３は、モータドライバの出力電圧をモータの回転位置に基づいて制御するための制御信号（ＰＷＭ信号）を生成し、これをモータドライバに出力する。モータドライバは、電源回路の出力電圧を多相交流電圧に変換してこれをモータに出力する。電源回路は、交流電圧を直流電圧に変換して出力しこれをモータドライバに出力する。尚、制御回路３はモータドライバや電源回路と別々の回路基板に実装されてもよいし、一つの回路基板に実装されてもよい。

　制御回路３は、上記ロボットの制御機能の他に、ロボット制御に伴う各種センサの入出力を制御するための拡張機能を有する。本実施形態では、制御回路３は、差動トランシーバ５および信号線（Ｌ１，Ｌ２）を介して内部コネクタ４ａおよび外部コネクタ４ｂに並列に接続される。制御回路３は、マスタボード上に実装されたマスタＣＰＵであり、差動トランシーバ５により、筐体１の内部と外部において他のスレーブボード（拡張回路基板）上に実装されたスレーブＣＰＵ（拡張回路）と半二重通信の差動シリアル伝送を行うように構成されている。以下では、制御回路基板をスレーブボード、制御回路をマスタＣＰＵ，拡張回路基板をスレーブボード、拡張回路をスレーブＣＰＵと呼ぶことがある。

　内部コネクタ４ａは、筐体１内部において通信ケーブル１０に接続される。内部コネクタ４ａは、信号線（Ｌ１，Ｌ２）に接続される信号端子（１，２）と、リレー回路７の入力端子の一方に接続される第１端子（３）と、リレー回路７の入力端子の他方に接続される第２端子（４）と、を有する。内部コネクタ４ａは、筐体１内部において通信ケーブル１０の制御回路基板２側のケーブルコネクタ１１に接続される。

　外部コネクタ４ｂは、筐体１外部において通信ケーブル１０に接続される。外部コネクタ４ｂは、信号線（Ｌ１，Ｌ２）に接続される信号端子（１，２）と、リレー回路７の入力端子の一方に接続される第１端子（３）と、リレー回路７の入力端子の他方に接続される第２端子（４）と、を有する。外部コネクタ４ｂは、筐体１外部において通信ケーブル１０の制御回路基板２側のケーブルコネクタ１１に接続される。以下では、内部コネクタ４ａ及び外部コネクタ４ｂを総称して単にコネクタ（特定コネクタ）４と呼ぶことがある。

　通信ケーブル１０のコネクタ（以下、ケーブルコネクタともいう）１１は、コネクタ４の信号端子（１，２）に接続される信号端子（１，２）と、内部で互いに短絡された二つの短絡端子（３，４）と、を有する。

　終端抵抗６は、一対の信号線（Ｌ１，Ｌ２）の間に配置される。本実施形態では二つの終端抵抗６が制御回路基板２上に実装される。一方の終端抵抗６は内部コネクタ４ａに接続される信号線（Ｌ１，Ｌ２）を終端し、他方の終端抵抗６は外部コネクタ４ｂに接続される信号線（Ｌ１，Ｌ２）を終端する。

　リレー回路７は、終端抵抗６の有効と無効とを切替える。本実施形態では、二つのリレー回路７が制御回路基板２上に実装される。一方のリレー回路７は内部コネクタ４ａに接続される終端抵抗６の有効／無効を切替え、他方のリレー回路７は外部コネクタ４ｂに接続される終端抵抗６の有効／無効を切替える。次にリレー回路７の具体的な構成について図２を用いて説明する。尚、二つのリレー回路７の構成は同一であるので、ここでは一方のみ説明する。

　図２に示すように、本実施形態のリレー回路７はフォトモスリレーである。フォトモスリレーは入力側の発光素子（ＬＥＤ）と、出力側のＭＯＳＦＥＴおよび受光素子で構成される。リレー回路７では、一方のアノード側の入力端子７１が抵抗Ｒを介して直流電圧供給端子ＶＣＣに接続され、他方のカソード側の入力端子７２がグランド端子に接続される。リレー回路７では、一方の出力端子７３が終端抵抗６を介して信号線Ｌ１に接続され、他方の出力端子７４が信号線Ｌ２に接続される。

　コネクタ４とケーブルコネクタ１１が非接続状態である場合について説明する。図２に示すように、内部コネクタ４ａとケーブルコネクタ１１は非接続状態である。内部コネクタ４ａの第１端子（３）と第２端子（４）の間は短絡されず、リレー回路７の入力側の発光素子（ＬＥＤ）に順方向電圧が供給される。これにより、ＬＥＤが発光し、入力端子（７１，７２）の間に入力電流が流れる。リレー回路７はオン状態になる。リレー回路７のオン状態では出力側の受光素子はＬＥＤの光を受光し、ＭＯＳＦＥＴが導通する。出力端子（７３，７４）の間に出力電流が流れる。その結果、終端抵抗６は有効になる。

　次に、コネクタ４とケーブルコネクタ１１が接続状態である場合について説明する。図２に示すように、外部コネクタ４ｂとケーブルコネクタ１１は接続状態である。外部コネクタ４ｂの第１端子（３）と第２端子（４）の間が、ケーブルコネクタ１１の短絡端子（３，４）を介して短絡され、入力側の発光素子（ＬＥＤ）に順方向電圧は供給されない。このため、ＬＥＤは発光せず、入力端子（７１，７２）の間に入力電流が流れない。リレー回路７はオフ状態に切り替わる。リレー回路７のオフ状態では、出力側の受光素子はＬＥＤの光を受光しないため、ＭＯＳＦＥＴは導通しない。出力端子（７３，７４）の間に出力電流が流れない。その結果、終端抵抗６は無効になる。

　次に、制御装置１００に接続されたネットワークの構成について図３を用いて説明する。図３に示すように、制御装置１００のマスタボード（２）には４台のスレーブボード２０－１，２０－２，２０－３，２０－４が接続されている。以下では、スレーブボード２０－１～スレーブボード２０－４を総称して単にスレーブボード２０と呼ぶことがある。制御装置１００の筐体１内部において、マスタボード（２）の内部コネクタ４ａに、通信ケーブル１０を介して、２台のスレーブボード２０－１，２０－２がデイジーチェーン接続されている。制御装置１００の筐体１外部において、マスタボード（２）の外部コネクタ４ｂに、通信ケーブル１０を介して、２台のスレーブボード２０－３，２０－４がデイジーチェーン接続されている。

　図４は、制御装置１００の内部の構成を示す図である。図４に示すように、制御装置１００の筐体１内部では、マスタボード（２）の内部コネクタ４ａが、スレーブボード２０－１に接続された通信ケーブル１０のケーブルコネクタ１１に接続されている。

　マスターボード（２）の内部コネクタ４ａとケーブルコネクタ１１は接続状態にあるので、内部コネクタ４ａ側のリレー回路７はオフ状態であり、内部コネクタ４ａ側に接続された終端抵抗６は無効になる。一方、マスターボード（２）の外部コネクタ４ｂとケーブルコネクタ１１もまた接続状態にあるので、外部コネクタ４ｂ側のリレー回路７もまたオフ状態であり、外部コネクタ４ｂ側に接続された終端抵抗６もまた無効になる。

　スレーブボード２０－１は、スレーブＣＰＵ３０と、差動トランシーバ５と、終端抵抗６と、リレー回路７と、第１コネクタ４０ａと、第２コネクタ４０ｂと、を有する。尚、差動トランシーバ５、終端抵抗６及びリレー回路７の構成は上述した構成と同一であるので説明を省略する。尚、４台のスレーブボード２０－１～スレーブボード２０－４の構成もまた同一であるので、ここではスレーブボード２０－１についてのみ説明する。

　スレーブボード２０－１の第１コネクタ４０ａは、マスターボード（２）の内部コネクタ４ａに接続された通信ケーブル１０のケーブルコネクタ１１と接続状態にあり、かつ、第２コネクタ４０ｂは、スレーブボード２０－２の第１コネクタ４０ａに接続された通信ケーブル１０のケーブルコネクタ１１と接続状態にある。これにより、スレーブボード２０－１のリレー回路７はオフ状態になり、終端抵抗６は無効になる。

　スレーブボード２０－２の第１コネクタ４０ａは、スレーブボード２０－１の第２コネクタ４０ｂに接続された通信ケーブル１０のケーブルコネクタ１１と接続状態にあり、かつ、第２コネクタ４０ｂは、非接続状態にある。これにより、スレーブボード２０－２のリレー回路７はオン状態になり、終端抵抗６は有効になる。

　図５は、制御装置１００の外部の構成を示す図である。図５に示すように、制御装置１００の筐体１外部において、スレーブボード２０－３の第１コネクタ４０ａは、マスターボード（２）の外部コネクタ４ｂに接続された通信ケーブル１０のケーブルコネクタ１１と接続状態にあり、かつ、第２コネクタ４０ｂは、スレーブボード２０－４の第１コネクタ４０ａに接続された通信ケーブル１０のケーブルコネクタ１１と接続状態にある。これにより、スレーブボード２０－３のリレー回路７はオフ状態になり、終端抵抗６は無効になる。

　スレーブボード２０－４の第１コネクタ４０ａは、スレーブボード２０－３の第２コネクタ４０ｂに接続された通信ケーブル１０のケーブルコネクタ１１と接続状態にあり、かつ、第２コネクタ４０ｂは、非接続状態にある。これにより、スレーブボード２０－４のリレー回路７はオン状態になり、終端抵抗６は有効になる。

　従って、本実施形態によれば、マスタボード（２）がスレーブボード２０に接続可能なコネクタ４を筐体１の内部と外部に備えているので、筐体１内部だけでなく、筐体１外部においてもスレーブボード２０をデイジーチェーン接続することができる。また、マスタボード（２）上にリレー回路７を備えているので、筐体１の内外に限らず、コネクタ４とケーブルコネクタ１１の接続／非接続によって、終端抵抗６の無効／有効とを切替えることができる。

　従来は複数枚（例えば４枚）のスレーブボード２０を制御装置１００の筐体１内部に収容していたため、筐体１内部に十分な空間を確保しておく必要があった。このため、装置の大型化や重量化が避けられず、ユーザの拡張作業が煩雑であった。

　これに対し、本実施形態の制御装置１００では、図６に示すように、マスタボード（２）は、筐体１内部において、二枚のスレーブボード２０－１，２０－２と通信ケーブル１０を介して接続され、筐体１外部において、他の外部装置２００に夫々収容された二枚のスレーブボード２０－３，２０－４と通信ケーブル１０を介して接続される。二枚のスレーブボード２０－１，２０－２は通信ケーブル１０を介して接続されるので、筐体１内部において、柔軟な基板配置が可能になる。ここでは、これらのスレーブボード２０－１，２０－２はマスタボード（２）と平行に配置されているので、制御装置１００の小型化に寄与できる。

　尚、本実施形態では、筐体１内部に二枚のスレーブボード２０を備えたが（図６参照）、三枚以上のスレーブボード２０を備える構成でもよい。

　尚、本実施形態では、リレー回路７は、フォトモスリレーで構成されたが（図２参照）、終端抵抗６の有効と無効を切替える上記機能を有していれば、その他の回路（例えばメカニカルリレー）で構成されてもよい。

　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

　本発明は、ロボットコントローラ等の制御装置に有用である。

１　筐体
２　制御回路基板（マスタボード）
３　マスタＣＰＵ（制御回路）
４　コネクタ（マスタＣＰＵ）
４ａ　内部コネクタ
４ｂ　外部コネクタ
５　差動トランシーバ
６　終端抵抗
７　リレー回路
１０　通信ケーブル
１１　ケーブルコネクタ
２０，２０－１～２０－４　スレーブボード（拡張回路基板）
３０　スレーブＣＰＵ
１００　制御装置（ロボットコントローラ）
２００　外部装置

Claims

　筐体と、
　前記筐体内部に配置された制御回路基板と、を備え、
　前記制御回路基板は、
　当該基板上に実装された制御回路と、
　前記筐体内部において拡張回路基板に接続された通信ケーブルに接続可能な内部コネクタと、
　前記筐体外部において拡張回路基板に接続された通信ケーブルに接続可能な外部コネクタと、を有し、
　前記制御回路は、前記内部コネクタおよび前記外部コネクタに並列に接続される、制御装置。
　前記制御回路基板は、
　一対の信号線の間に配置される終端抵抗と、
　前記終端抵抗の有効と無効とを切替えるリレー回路と、
を更に備え、
　前記内部コネクタ及び前記外部コネクタのうち少なくとも一方のコネクタを特定コネクタと定義し、前記拡張回路基板に接続された通信ケーブルの前記制御回路基板側のコネクタをケーブルコネクタと定義し、
　前記リレー回路は、出力端子の一方が前記終端抵抗に接続され、出力端子の他方が一方の信号線に接続され、前記特定コネクタと前記ケーブルコネクタが非接続状態では、オン状態にあり出力電流が流れることによって、前記終端抵抗を有効にする一方、前記特定コネクタと前記ケーブルコネクタが接続状態では、オフ状態に切り替わって出力電流が停止することによって、前記終端抵抗を無効にする、請求項１に記載の制御装置。
　前記特定コネクタは、前記信号線に接続される信号端子と、前記リレー回路の入力端子の一方に接続される第１端子と、前記リレー回路の入力端子の他方に接続される第２端子と、を有し、
　前記ケーブルコネクタは、前記信号端子に接続される信号端子と、内部で互いに短絡された二つの短絡端子と、を有し、
　前記リレー回路は、入力端子の一方が直流電圧供給端子に接続され、入力端子の他方がグランド端子に接続され、前記特定コネクタと前記ケーブルコネクタが非接続状態では、前記入力端子の間に入力電流が流れ、オン状態にあり、
　前記特定コネクタと前記ケーブルコネクタが接続状態では、前記短絡端子を介して、前記第１端子と前記第２端子の間が短絡され、オフ状態に切り替わる、請求項２に記載の制御装置。
　前記制御回路基板は、前記筐体内部において、少なくとも二枚の前記拡張回路基板と通信ケーブルを介して接続可能であり、且つ、これらの基板と平行に配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御装置。