JP2005332138A - ユニバーサルシリアルバス（ｕｓｂ）指令サーボアンプおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＳＢコネクタのプラグ抜けおよびＵＳＢケーブル断線時にサーボモータを安全に停止し、暴走などの危険な状態を回避することができるユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）指令サーボアンプおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】ＵＳＢコネクタ２１のＶＢＵＳの電圧が低下したことによりＵＳＢケーブルの断線またはＵＳＢコネクタのプラグ抜けを検出してドライブイネーブル信号ｅｎを出力する断線検出手段２２と、ドライブイネーブル信号ｅｎを受けてアラーム信号ａｌを生成しＵＳＢ指令サーボアンプ２０の電源を再起動するまでアラーム信号ａｌを保持するＣＰＵ２４と、ドライブイネーブル信号ｅｎを受けてＵＳＢ指令サーボアンプ２０をベースブロック状態にしてサーボモータ４０の駆動を停止するバスバッファ２３を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホストとなる外部装置であるユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）指令装置とユニバーサルシリアルバス（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）通信を行なうユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）指令サーボアンプおよびその制御方法に関し、特に、ＵＳＢコネクタのプラグ抜けおよびＵＳＢケーブル断線時でもサーボモータを安全に停止することができるユニバーサルシリアルバス指令サーボアンプおよびその制御方法に関する。

従来のホストとなるＵＳＢ指令装置とＵＳＢ接続されるＵＳＢデバイスは、ＵＳＢ通信異常が検出されたら再接続することが考えられてきた（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、ＵＳＢ指令装置から送られてくるフレーム開始（ＳＯＦ）トークンパケットを監視し、これが決められた時間内に送ってこなければ通信異常と判断し、ＵＳＢのデータバスＤ＋、Ｄ−の電圧をＵＳＢデバイス側で一時的に下げることによってＵＳＢ接続を一旦切断し、切断が認識できる時間経過後にＵＳＢのデータバスＤ＋、Ｄ−の電圧を復旧して、ＵＳＢ指令装置にＵＳＢ指令サーボアンプを再認識させることにより、ＵＳＢ接続の通信不能状態を自動的に回復させていた。
このように従来技術では、ＵＳＢケーブルを抜き差しすることなく通信を再接続していた。
特開２００２−２４４７７５号公報（第３−６頁、図１−４）

しかしながら、従来技術は、「物理的な接続が確立している」ということが前提なので、ＵＳＢケーブル断線あるいはＵＳＢコネクタのプラグ抜けが発生した場合においては、いつまでも指令装置から指令をおこなうことができないため、その間にＵＳＢ指令サーボアンプがモータを暴走させて機械を壊してしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ＵＳＢコネクタのプラグ抜けおよびＵＳＢケーブル断線時でもサーボモータを安全に停止し、暴走などの危険な状態を回避することができるＵＳＢ指令サーボアンプおよびその制御方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、ＵＳＢコネクタよびＵＳＢケーブルを用いてＵＳＢ指令装置とＵＳＢ通信を行ない、サーボモータを制御駆動するＵＳＢ指令サーボアンプにおいて、前記ＵＳＢ指令サーボアンプは断線を検出するための断線検出手段と、計算処理を行なうためのＣＰＵと、パワー素子ドライブ信号をパワー素子へ出力するためのバスバッファと、を備えており、前記断線検出手段は、前記ＵＳＢコネクタの電源電圧の低下により前記ＵＳＢケーブルの断線または前記ＵＳＢコネクタのプラグ抜けを検出し、ドライブイネーブル信号を前記ＣＰＵと前記バスバッファへ出力するものであり、前記ＣＰＵは、前記ドライブイネーブル信号を受けてアラーム信号を生成してアラーム表示部へ送出し、前記ＵＳＢ指令サーボアンプの電源が再起動されるまでアラーム信号を保持するものであり、前記バスバッファは、前記ドライブイネーブル信号を受けて出力状態をハイインピーダンス状態に保持し、前記ＵＳＢ指令サーボアンプの電源が再起動されるまで、前記ＵＳＢ指令サーボアンプをベースブロック状態に保持して前記サーボモータの駆動を停止するものであることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、ＵＳＢコネクタおよびＵＳＢケーブルを用いてＵＳＢ指令装置とＵＳＢ通信を行ない、サーボモータを制御駆動するＵＳＢ指令サーボアンプの制御方法において、前記ＵＳＢコネクタの電源電圧の低下により、前記ＵＳＢケーブルの断線、または前記ＵＳＢコネクタのプラグ抜けを検出するステップと、断線またはコネクタのプラグ抜けを検出した場合は、ドライブイネーブル信号を生成するステップと、前記ドライブイネーブル信号を受けてアラーム信号を生成して保持するステップと、前記ドライブイネーブル信号を受けて前記ＵＳＢ指令サーボアンプをベースブロック状態にすることで前記サーボモータを緊急停止するステップと、前記ＵＳＢ指令サーボアンプの電源を再起動することにより、前記アラーム信号と前記ベースブロック状態を解除するステップと、を有することを特徴としている。

本発明によれば、ＵＳＢコネクタのプラグ抜けおよびＵＳＢケーブル断線を検出してサーボモータを安全に停止することができ、サーボモータ暴走などの危険な状態を回避することができる。

以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明のＵＳＢ指令サーボアンプとその周辺機器を示す構成図である。
図１において、１０はＵＳＢ指令装置、１１は移動指令生成部、１２はＵＳＢコネクタ、２０はＵＳＢ指令サーボアンプ、２１はＵＳＢコネクタ、２２はフォトカプラ、２３はバスバッファ、２４はＣＰＵ、２５はパワー素子、２６、２７はプルアップ抵抗、３０はＵＳＢケーブル、４０はサーボモータ、ｅｎはドライブイネーブル信号、ａｌはアラーム信号、ｄｒはＣＰＵ２４からのドライブ信号、ＰＤＲはパワー素子ドライブ信号、Ｖｃｃはプルアップ直流電圧である。
以下、図１を用いて本発明のＵＳＢ指令サーボアンプとその周辺機器の構成について説明を行なう。
ＵＳＢ指令装置１０は、ＵＳＢ指令サーボアンプ２０への指令を作成する移動指令生成部１１とＵＳＢ指令装置側のＵＳＢコネクタ１２から成っている。
また、ＵＳＢ指令サーボアンプ２０は、ＵＳＢ指令サーボアンプ側のＵＳＢコネクタ２１と、ＵＳＢケーブルの断線を検出するためのフォトカプラ２２と、ドライブ信号ｄｒおよびアラーム信号ａｌを生成するＣＰＵ２４と、サーボモータモータ４０を駆動するための電流を流すパワー素子２５と、ＣＰＵ２４からのドライブ信号ｄｒを保持し、パワー素子２５を駆動するパワー素子ドライブ信号ＰＤＲを生成するバスバッファ２３から構成されている。
ＵＳＢ指令装置１０とＵＳＢ指令サーボアンプ２０は、ＵＳＢケーブル３０で接続され、ＵＳＢコネクタ２１、２２は電源端子ＶＢＵＳと、データ伝送を行なうＤ＋及びＤ−端子と、ＵＳＢ指令装置とＵＳＢ指令サーボアンプ２０のグランドレベルを揃えるためのグランド端子Ｇとを有しており、ＵＳＢケーブル３０はこの４端子を接続する。
ＵＳＢ指令装置１０の移動指令生成部１１で生成された移動指令は、ＵＳＢケーブル３０を通じてＵＳＢ指令サーボアンプ２０に送られる。そして、その移動指令をＣＰＵ２４がサーボモータ４０を駆動するためのドライブ信号ｄｒに変換する。ドライブ信号ｄｒはバスバッファ２３で一旦保持され、バスバッファ２３の出力であるパワー素子ドライブ信号ＰＤＲがパワー素子２５をオンオフさせる。パワー素子２５がオンオフすることでサーボモータ４０に電流が流れサーボモータ４０は回転する。
以下、図１を用いて本発明のＵＳＢ指令サーボアンプの動作を説明する。
ＵＳＢケーブル３０に断線、あるいはＵＳＢコネクタ１２またはＵＳＢコネクタ２１のプラグ抜けが発生すると、ＵＳＢ指令装置１０からＵＳＢ指令サーボアンプ２０への移動指令が遮断される。このようにＵＳＢケーブル３０が断線したり、ＵＳＢコネクタ１２、２１のプラグが抜けたりすると、ＵＳＢコネクタ２１の電源端子ＶＢＵＳの電圧が低下する。ＵＳＢコネクタ２１の電源端子ＶＢＵＳの電圧が低下するとフォトカプラ２２がオンからオフになり、バスバッファ２３とＣＰＵ２４に入力しているドライブイネーブル信号ｅｎがローからハイになる。バスバッファ２３はドライブイネーブル信号ｅｎがハイになると出力がハイインピーダンス状態になる。バスバッファ２３の出力はプルアップ抵抗２７によりハイに固定され、パワー素子２５のスイッチングが停止しベースブロック状態となり、サーボモータ４０の駆動を停止する。そのため、サーボモータ４０が暴走して機械を破壊するという事態を防ぐことができる。また、ＣＰＵ２４がアラーム信号ａｌを出し、表示装置（不図示）に表示して通信が遮断したことを使用者に知らせる。
また、バスバッファ２３のドライブイネーブル信号ｅｎをラッチし、ＵＳＢ指令サーボアンプの電源を再起動しない限りアラーム信号ａｌおよびベースブロック状態が解除されないようにすることで、断線が修復されたＵＳＢケーブル３０、または抜けたＵＳＢコネクタ１２または２１のプラグが再度挿された場合に、ＵＳＢ指令サーボアンプに残っていた指令でサーボモータ４０が暴走することを防ぐことができる。
なお、ＣＰＵ２４のみで停止させようとすると、ＣＰＵ２４でのソフト処理時間が発生するため動作が遅くなり、またソフトにエラーが発生した場合では確実に停止することができないことから、バスバッファ２３でパワー素子ドライブ信号ＰＤＲを停止する構成にしているのである。

図２は本発明のＵＳＢコネクタ抜けおよびＵＳＢケーブル断線時におけるＵＳＢ指令サーボアンプの制御方法を示すフローチャートである。
以下、図２を用いてＵＳＢコネクタのプラグ抜けおよびＵＳＢケーブル断線時における本発明のＵＳＢ指令サーボアンプの制御方法について順を追って説明する。
サーボモータ４０が正常動作している（ステップＳＴ１）時に、ＵＳＢコネクタ２１の電源ＶＢＵＳ電圧の低下により、ＵＳＢケーブル３０の断線、または前記ＵＳＢコネクタ１２または２１のプラグ抜けを検出する（ステップＳＴ２）と、フォトカプラ２２はドライブイネーブル信号ｅｎをバスバッファ２３とＣＰＵ２４へ出力（ハイに）する（ステップＳＴ３）。バスバッファ２３はドライブイネーブル信号ｅｎ受けると出力をハイインピーダンス状態にする。同時に、ＣＰＵ２４はアラーム信号ａｌを生成し、アラーム状態としてラッチする（ステップＳＴ４）。バスバッファ２３の出力がハイインピーダンス状態になるとＵＳＢ指令サーボアンプ２０はベースブロック状態になり、サーボモータ４０は緊急停止する（ステップＳＴ５）。
緊急停止状態で断線を修復したＵＳＢケーブル３０が再接続されると、ステップＳＴ２でＵＳＢコネクタおよびＵＳＢケーブルは正常と判断される。次に、ＵＳＢケーブル３０が断線、またはＵＳＢコネクタ１２または２１のプラグ抜け状態を示すアラーム信号ａｌが発生しているかどうか確認し（ステップＳＴ６）、発生している状態ではＵＳＢ指令サーボアンプ２０の電源を再起動するまでベースブロック状態を保持し、ＵＳＢ指令サーボアンプ２０の電源再起動によりアラーム信号ａｌとベースブロック状態を解除して、正常動作にもどす（ステップＳＴ７）。なお、ステップＳＴ６でアラームが発生していない場合は、そのまま正常動作を続ける。

以上述べたように、本発明に係るＵＳＢ指令サーボアンプおよびその制御方法によれば、ＵＳＢコネクタのプラグ抜けあるいはＵＳＢケーブル断線を検出すると、サーボモータを緊急停止させる構成とし、さらに、ＵＳＢケーブルを再接続してもＵＳＢ指令サーボアンプの電源の再起動を行なわなければ緊急停止状態の解除が出来ない構成としているので、ＵＳＢコネクタのプラグ抜けあるいはＵＳＢケーブル断線が発生した際でも、暴走などの危険な状態を回避することができるのである。

本発明は、ＵＳＢ指令サーボアンプを用いた装置およびシステムに適用が可能である。

本発明のＵＳＢ指令サーボアンプとその周辺機器を示す構成図 本発明のＵＳＢコネクタ抜けおよびＵＳＢケーブル断線時におけるＵＳＢ指令サーボアンプの制御方法を示すフローチャート

符号の説明

１０ ＵＳＢ指令装置
１１ 移動指令生成部
１２、２１ ＵＳＢコネクタ
２０ ＵＳＢ指令サーボアンプ
２２ フォトカプラ
２３ バスバッファ
２４ ＣＰＵ
２５ パワー素子
２６、２７ プルアップ抵抗
３０ ＵＳＢケーブル
４０ サーボモータ
ｅｎ ドライブイネーブル信号
ａｌ アラーム信号
ｄｒ ドライブ信号
ＰＤＲ パワー素子ドライブ信号

Claims (2)

1. ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタ（２１）およびユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ケーブル（３０）を用いてユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）指令装置（１０）とＵＳＢ通信を行ない、サーボモータ（４０）を制御駆動するユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）指令サーボアンプにおいて、
   前記ＵＳＢ指令サーボアンプ（２０）は断線を検出するための断線検出手段（２２）と、計算処理を行なうためのＣＰＵ（２４）と、パワー素子ドライブ信号（ＰＤＲ）をパワー素子（２５）へ出力するためのバスバッファ（２３）と、を備えており、
   前記断線検出手段（２２）は、前記ＵＳＢコネクタ（２１）の電源（ＶＢＵＳ）電圧の低下により前記ＵＳＢケーブル（３０）の断線または前記ＵＳＢコネクタ（１２または２１）のプラグ抜けを検出し、ドライブイネーブル信号（ｅｎ）を前記ＣＰＵ（２４）と前記バスバッファ（２３）へ出力するものであり、
   前記ＣＰＵ（２４）は、前記ドライブイネーブル信号（ｅｎ）を受けてアラーム信号（ａｌ）を生成してアラーム表示部へ送出し、前記ＵＳＢ指令サーボアンプ（２０）の電源が再起動されるまでアラーム信号（ａｌ）を保持するものであり、
   前記バスバッファ（２３）は、前記ドライブイネーブル信号（ｅｎ）を受けて出力状態をハイインピーダンス状態に保持し、前記ＵＳＢ指令サーボアンプ（２０）の電源が再起動されるまで、前記ＵＳＢ指令サーボアンプ（２０）をベースブロック状態に保持して前記サーボモータ（４０）の駆動を停止するものであることを特徴とするユニバーサルシリアルバス指令サーボアンプ。
2. ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタ（２１）およびユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ケーブル（３０）を用いてユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）指令装置（１０）とＵＳＢ通信を行ない、サーボモータ（４０）を制御駆動するユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）指令サーボアンプの制御方法において、
   前記ＵＳＢコネクタ（２１）の電源（ＶＢＵＳ）電圧の低下により、前記ＵＳＢケーブル（３０）の断線、または前記ＵＳＢコネクタ（１２または２１）のプラグ抜けを検出するステップ（ＳＴ２）と、
   断線またはコネクタのプラグ抜けを検出した場合は、ドライブイネーブル信号（ｅｎ）を生成するステップ（ＳＴ３）と、
   前記ドライブイネーブル信号（ｅｎ）を受けてアラーム信号（ａｌ）を生成して保持するステップ（ＳＴ４）と、
   前記ドライブイネーブル信号（ｅｎ）を受けて前記ＵＳＢ指令サーボアンプをベースブロック状態にすることで前記サーボモータ（４０）を緊急停止するステップ（ＳＴ５）と、
   前記ＵＳＢ指令サーボアンプの電源を再起動することにより、前記アラーム信号（ａｌ）と前記ベースブロック状態を解除するステップ（ＳＴ７）と、を有することを特徴とするユニバーサルシリアルバス指令サーボアンプの制御方法。

Images