JP2016092111A

JP2016092111A - 制御回路基板およびロボット制御装置

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Publication number: JP2016092111A
Application number: JP2014222881A
Authority: JP
Inventors: 東佳史樹三; Yoshiki Santo
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-23
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: EP3213884A4; US20170318679A1; US10251275B2; CN107107341B; EP3213884A1; WO2016068264A1; EP3213884B1; JP6545447B2; KR20170078790A; KR102112390B1; CN107107341A

Abstract

【課題】基板の大型化や開発・製造コストの増大を抑制しつつ、制御機能の喪失を確実に防止できる制御回路基板を提供すること。【解決手段】この制御回路基板1は、基板部材4の各面に第１及び第２の素子5、6を備える。第１及び第２の素子5、6は、それぞれ、互いに対向する第一及び第三縁部9、11と、互いに対向する第二及び第四縁部10、12と、を有する。第一縁部9には複数の信号入力ピンI1〜I5が、第三縁部11には複数の信号出力ピンO1〜O5が、第二縁部10には複数の素子間通信入力ピンA1〜A5が、第四縁部12には複数の素子間通信出力ピンB1〜B5がそれぞれ設けられている。共通の信号が第１及び第２の素子5、6に入力され、第１の素子5と第２の素子6との間で通信が行なわれる。【選択図】図５

Description

本発明は、ロボット制御装置に組み込まれる制御回路基板および同基板を備えたロボット制御装置に係わり、特に、制御回路を構成する素子の単一故障による制御機能の喪失を防止する機能を備えた制御回路基板および同基板を備えたロボット制御装置に関する。

産業ロボットとして用いられる多軸ロボットなどにおいては、人や障害物が作業領域に立ち入ったり、動作不良が生じたりした場合などの緊急時に、ロボットを緊急停止させて安全を確保する必要がある。ＩＥＣ６０２０４−１やＩＳＯ１０２１８−１規格には、ロボットの緊急停止に関して、危険度や作業状況（物品の保持状況など）に応じて複数の停止態様が規定されている。

上記の通り産業用ロボットは、その安全性を確保することが極めて重要であり、緊急時にはその動作を確実に停止させる必要がある。そのため、ロボット制御装置においては、ロボットの制御回路を構成する素子の単一故障による制御機能の喪失を防止する工夫が施されている（特許文献１）。

特開２００４−３３０３４６号公報

ところが、ロボット制御装置の制御回路に対して、その安全機能の喪失を防止するための工夫を施すためには、基板に実装する素子の数や種類を増やす必要があり、基板の大型化や開発・製造コストの増大をもたらすという問題がある。

本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、基板の大型化や開発・製造コストの増大を抑制しつつ、制御機能の喪失を確実に防止できる制御回路基板および同基板を備えたロボット制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ロボット制御装置に組み込まれる制御回路基板であって、基板部材と、前記基板部材の各面にそれぞれ設けられた第１の素子および第２の素子と、を備え、前記第１の素子および前記第２の素子は、それぞれ、互いに対向する第一縁部および第三縁部と、互いに対向する第二縁部および第四縁部と、を有し、前記第一縁部には複数の信号入力ピンが設けられ、前記第三縁部には複数の信号出力ピンが設けられ、前記第二縁部には複数の素子間通信入力ピンが設けられ、前記第四縁部には複数の素子間通信出力ピンが設けられ、共通の信号が前記第１の素子および前記第２の素子に入力されると共に、前記第１の素子と前記第２の素子との間で通信が行なわれるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記複数の素子間通信入力ピンおよび前記複数の素子間通信出力ピンのピン機能に関する配置が、前記第１の素子と前記第２の素子とで共通している、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記複数の信号入力ピンおよび前記複数の信号出力ピンのピン機能に関する配置が、前記第１の素子と前記第２の素子とで共通している、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第１または第２の態様において、前記複数の信号入力ピンおよび前記複数の信号出力ピンのピン機能に関する配置が、前記第１の素子と前記第２の素子とで反転している、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第１乃至第４のいずれかの態様において、前記第１の素子の前記第一縁部乃至第四縁部と前記第２の素子の前記第一縁部乃至第四縁部とが、前記基板部材を挟んで対向して配置されている、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記第１の素子および前記第２の素子が、それぞれ、プログラマブル論理デバイスである、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、ロボットの動作を制御するためのロボット制御装置であって、第１乃至第６のいずれかの制御回路基板が組み込まれたことを特徴とする。

本発明によれば、基板の大型化や開発・製造コストの増大を抑制しつつ、制御機能の喪失を確実に防止できる制御回路基板および同基板を備えたロボット制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態による制御回路基板が組み込まれたロボット制御装置および同ロボット制御装置で制御されるロボットを示した模式図。本発明の一実施形態による制御回路基板の概略構成を示した正面図。図２に示した制御回路基板における表面側（裏面側）素子の概略構成を示した平面図。図３に示した表面側（裏面側）素子の概略構成を示した正面図。図３に示した表面側（裏面側）素子の概略構成を示した右側面図。図３に示した表面側（裏面側）素子の概略構成を示した背面図。図３に示した表面側（裏面側）素子の概略構成を示した左側面図。図２に示した制御回路基板における表面側素子および裏面側素子の配置構成を説明するための模式的な分解斜視図。図２に示した制御回路基板における表面側素子、裏面側素子、および基板部材の配置構成を説明するための模式的な右側面図。図２に示した制御回路基板における表面側素子、裏面側素子、および基板部材の配置構成を説明するための模式的な左側面図。図２に示した制御回路基板における表面側素子、裏面側素子、および基板部材の配置構成を説明するための他の模式的な右側面図。図２に示した制御回路基板における表面側素子、裏面側素子、および基板部材の配置構成を説明するための他の模式的な左側面図。図２に示した制御回路基板における表面側素子、裏面側素子、および基板部材の配置構成を説明するための模式的な斜視図。図２に示した実施形態の一変形例による制御回路基板における表面側素子の概略構成を示した平面図。図２に示した実施形態の一変形例による制御回路基板における裏面側素子の概略構成を示した平面図。図２に示した実施形態の一変形例による制御回路基板における表面側素子および裏面側素子の配置構成を説明するための模式的な分解斜視図。

以下、本発明の一実施形態による制御回路基板を備えたロボット制御装置について、図面を参照して説明する。

図１に示したように、本実施形態による制御回路基板１は、産業ロボット２としての多軸ロボットなどの動作を制御するためのロボット制御装置３に組み込まれており、ロボット制御装置３は、例えばティーチペンダントである。制御回路基板１は、例えば、ロボット２の非常停止や動作許可などに関する信号を生成することができる。

図２に示したように、本実施形態による制御回路基板１は、基板部材（プリント基板）４と、基板部材４の各面にそれぞれ実装された表面側素子（第１の素子）５および裏面側素子（第２の素子）６と、を有する。表面側素子５と裏面側素子６とは、基板部材４を間に挟んで対向配置されている。

表面側素子５および裏面側素子６は、それぞれ、プログラマブル論理デバイスで構成されており、好ましくは、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)で構成されている。

本実施形態による制御回路基板１においては、表面側素子５および裏面側素子６は互いに共通の仕様となっている。すなわち、素子の各縁部に配置される複数のピン７、８のピン機能に関する配置が、表面側素子５と裏面側素子６との間ですべて共通している。

図３、および図４Ａ乃至図４Ｄに示したように、表面側素子５および裏面側素子６は、それぞれ、互いに対向する第一縁部９および第三縁部１１と、互いに対向する第二縁部１０および第四縁部１２と、を有する。第一縁部９には複数の外部信号入力ピンＩ１〜Ｉ５（７、８）が設けられ、第三縁部１１には複数の外部信号出力ピンＯ１〜Ｏ５（７、８）が設けられている。第二縁部１０には複数の素子間通信入力ピンＡ１〜Ａ５（７、８）が設けられ、第四縁部１２には複数の素子間通信出力ピンＢ１〜Ｂ５（７、８）が設けられている。

そして、本実施形態による制御回路基板１においては、一方の素子７（８）の素子間通信入力ピンＡ１と、他方の素子８（７）の素子間通信出力ピンＢ１とが通信を行なう。同様に、一方の素子７（８）の素子間通信入力ピンＡ２と、他方の素子８（７）の素子間通信出力ピンＢ２とが通信を行い、一方の素子７（８）の素子間通信入力ピンＡ３と、他方の素子８（７）の素子間通信出力ピンＢ３とが通信を行い、一方の素子７（８）の素子間通信入力ピンＡ４と、他方の素子８（７）の素子間通信出力ピンＢ４とが通信を行う。

なお、図３、および図４Ａ乃至図４Ｄ（および以降の図面）においては、各縁部９〜１２に５つのピンを設けた構成を示しているが、各縁部９〜１２に設けるピンの数はこれに限定されるものではない。

図５に示したように、表面側素子５の第一縁部９乃至第四縁部１２と裏面側素子６の第一縁部９乃至第四縁部１２とが対向して配置されている。具体的には、表面側素子５の第一縁部９が裏面側素子６の第一縁部９に対向しており、表面側素子５の第二縁部１０が裏面側素子６の第四縁部１２に対向しており、表面側素子５の第三縁部１１は裏面側素子６の第三縁部１１に対向しており、表面側素子５の第四縁部１２は裏面側素子６の第二縁部１０に対向している。

なお、本実施形態においては、基板部材４の表面（裏面）に垂直な方向（基板垂線方向）から見たときに表面側素子５および裏面側素子６が完全に重なるように両素子を配置している。但し、両素子の配置５、６はこれに限定されるものではなく、基板垂線方向から見たときに両素子が完全に重なっていなくても良い。

図５および図６Ａに示したように、表面側素子５の第二縁部１０と裏面側素子６の第四縁部１２とが、基板部材４を間に挟んで対向して配置されている。すなわち、表面側素子５の素子間通信入力ピンＡ１〜Ａ５が、それぞれ、裏面側素子６の素子間通信出力ピンＢ１〜Ｂ５に対向して配置されている。

図５および図６Ｂに示したように、表面側素子５の第四縁部１２と裏面側素子６の第二縁部１０とが、基板部材４を間に挟んで対向して配置されている。すなわち、表面側素子５の素子間通信出力ピンＢ１〜Ｂ５が、それぞれ、裏面側素子６の素子間通信入力ピンＡ１〜Ａ５に対向して配置されている。

図６Ａおよび図６Ｂに示したように、基板部材４には、表面側素子５と裏面側素子６との間でピン同士を電気的に接続するためのパターン（配線）１３が形成されている。

そして、本実施形態による制御回路基板１においては、パターン１３により接続されるピン同士が、基板部材４を間に挟んで互いに対向して配置されているので、ピン同士を接続するためのパターン長を最短化することができる。例えば、図６Ａに示したように、表面側素子５の素子間通信入力ピンＡ１は、接続先である裏面側素子６の素子間通信出力ピンＢ１に対向して配置されている。同様に、図６Ｂに示したように、表面側素子５の素子間通信出力ピンＢ１は、接続先である裏面側素子６の素子間通信入力ピンＡ１に対向して配置されている。

図７Ａおよび図７Ｂに示したように、本実施形態による制御回路基板１おいては、共通の外部信号が、表面側素子５および裏面側素子６のそれぞれの外部信号入力ピンＩ１〜Ｉ５に入力される。そして、通常時においては、共通の外部信号が、表面側素子５および裏面側素子６のそれぞれの外部信号出力ピンＯ１〜Ｏ５から出力される。

外部信号出力ピンＯ１〜Ｏ５から出力される信号は、例えば、ロボット２の非常停止や動作許可などに関する信号を生成するための入力信号である。

本実施形態による制御回路基板１においては、上述したように表面側素子５と裏面側素子６との間で通信が行なわれている。そして、一方の素子７（８）に異常が生じた場合には、他方の素子８（７）がその異常を検出し、ロボット２が動作中であればその動作が停止され、静止中であれば動作できないように構成されている。これにより、制御回路を構成する素子の単一故障による制御機能の喪失を防止することができる。

そして、本実施形態による制御回路基板１においては、図７Ａおよび図７Ｂに示したように、表面側素子５において外部信号入力ピンＩ１〜Ｉ５が配置された第一縁部９と、裏面側素子６において外部信号入力ピンＩ１〜Ｉ５が配置された第一縁部９とが対向して配置されている。同様に、表面側素子５において外部信号出力ピンＯ１〜Ｏ５が配置された第三縁部１１と、裏面側素子６において外部信号出力ピンＯ１〜Ｏ５が配置された第三縁部１１とが対向して配置されている。

このため、図８に示したように、外部信号入力側と外部信号出力側とが分離され、パターン（配線）１３（図６Ａ等）を簡略化することができる。また、上述したように素子間通信に関するパターン１３を最短化することができるので、制御回路基板１におけるパターン面積を縮小することができる。

また、本実施形態による制御回路基板１においては、表面側素子５と裏面側素子６とで共通仕様の素子を使用することができるので、開発・製造コストを低減することができる。

上述した実施形態の一変形例としては、図９および図１０に示したように、複数の外部信号入力ピンＩ１〜Ｉ５および複数の外部信号出力ピンＯ１〜Ｏ５のピン機能に関する配置を、表面側素子５と裏面側素子６とで反転させても良い。

この場合、図１１に示したように、表面側素子５の外部信号入力ピンＩ１〜Ｉ５が、それぞれ、裏面側素子６の外部信号入力ピンＩ１〜Ｉ５に対向して配置される。同様に、表面側素子５の外部信号出力ピンＯ１〜Ｉ５が、それぞれ、裏面側素子６の外部信号出力ピンＯ１〜Ｏ５に対向して配置される。

従って、本例においては、外部信号入力側および外部信号出力側のそれぞれにおいて、パターンをさらに簡素化することができる。これにより、制御回路基板１におけるパターン面積をさらに縮小することができる。

１制御回路基板
２ロボット制御装置
３ロボット
４基板部材
５表面側素子（ＣＰＬＤ）
６裏面側素子（ＣＰＬＤ）
７表面側素子のピン
８裏面側素子のピン
９第一縁部
１０第二縁部
１１第三縁部
１２第四縁部
１３パターン
Ａ１〜Ａ５素子間通信入力ピン
Ｂ１〜Ｂ５素子間通信出力ピン
Ｉ１〜Ｉ５外部信号入力ピン
Ｏ１〜Ｏ５外部信号出力ピン

Claims

ロボット制御装置に組み込まれる制御回路基板であって、
基板部材と、
前記基板部材の各面にそれぞれ設けられた第１の素子および第２の素子と、を備え、
前記第１の素子および前記第２の素子は、それぞれ、互いに対向する第一縁部および第三縁部と、互いに対向する第二縁部および第四縁部と、を有し、
前記第一縁部には複数の信号入力ピンが設けられ、前記第三縁部には複数の信号出力ピンが設けられ、前記第二縁部には複数の素子間通信入力ピンが設けられ、前記第四縁部には複数の素子間通信出力ピンが設けられ、
共通の信号が前記第１の素子および前記第２の素子に入力されると共に、前記第１の素子と前記第２の素子との間で通信が行なわれるように構成されている、制御回路基板。
前記複数の素子間通信入力ピンおよび前記複数の素子間通信出力ピンのピン機能に関する配置が、前記第１の素子と前記第２の素子とで共通している、請求項１記載の制御回路基板。
前記複数の信号入力ピンおよび前記複数の信号出力ピンのピン機能に関する配置が、前記第１の素子と前記第２の素子とで共通している、請求項１または２に記載の制御回路基板。
前記複数の信号入力ピンおよび前記複数の信号出力ピンのピン機能に関する配置が、前記第１の素子と前記第２の素子とで反転している、請求項１または２に記載の制御回路基板。
前記第１の素子の前記第一縁部乃至第四縁部と前記第２の素子の前記第一縁部乃至第四縁部とが、前記基板部材を挟んで対向して配置されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御回路基板。
前記第１の素子および前記第２の素子が、それぞれ、プログラマブル論理デバイスである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制御回路基板。
ロボットの動作を制御するためのロボット制御装置であって、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の制御回路基板が組み込まれたロボット制御装置。