JP2019083609A

JP2019083609A - 降圧チョッパ回路及びロボット制御装置

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Publication number: JP2019083609A
Application number: JP2017209128A
Authority: JP
Inventors: 奎太野呂; Keita Noro
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-05-30

Abstract

【課題】半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合にも連続稼働させることができる降圧チョッパ回路及びロボット制御装置を提供する。【解決手段】降圧チョッパ回路１０は、入力電圧の導通と非導通を切り替える複数の半導体スイッチング素子１１ａ，１１ｂと、半導体スイッチング素子１１ａ，１１ｂの導通と非導通を制御するパルスを発振する少なくとも一つの発振回路１２ａ，１２ｂと、半導体スイッチング素子１１ａ，１１ｂのうちいずれか一つを介して入力電圧が印加され、少なくともコイルＬ、ダイオードＤ及びコンデンサＣを含み、パルスに応じて入力電圧を降圧する降圧回路１３と、半導体スイッチング素子１１ａ，１１ｂの稼働状況に応じて、降圧回路１３と半導体スイッチング素子１１ａ，１１ｂのうちいずれか一つとを接続するように、降圧回路１３と複数の半導体スイッチング素子１１ａ，１１ｂとの接続を制御する制御部１４と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、降圧チョッパ回路及びロボット制御装置に関する。

従来、ロボット制御装置等に入力される電圧を降圧するためにトランス回路や降圧チョッパ回路が用いられている。

例えば、下記特許文献１には、スイッチング素子回路を収納する第１半導体パッケージと、第１半導体パッケージとは別個に設けられ、逆流防止ダイオード回路を収納する第２半導体パッケージとを備えた降圧チョッパ回路が記載されている。特許文献１に記載の第１半導体パッケージは、降圧チョッパ回路本体部に対して脱着可能に取り付けるための複数の第１取付部を含み、第２半導体パッケージは、降圧チョッパ回路本体部に対して脱着可能に取り付けるための複数の第２取付部を含む。

特許第６０１１７３７号

降圧チョッパ回路は、トランス回路よりも回路を小型化できる利点があるが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子が発熱により故障してしまうことがあり、トランス回路に比べて寿命が短い場合がある。特許文献１では、スイッチング素子回路を収納する第１半導体パッケージと、逆流防止ダイオード回路を収納する第２半導体パッケージとを取り外し可能にして、スイッチング素子が故障した場合には第１半導体パッケージを交換することとしている。しかしながら、パッケージを交換するためには、降圧チョッパ回路を含む装置全体、ひいては製造ライン全体を一度停止しなければならないことがある。そのため、スイッチング素子が故障する度に製造ラインの運転が停止されることがあり、製造ラインの生産能力の低下を招くことがあった。

そこで、本発明は、半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合にも連続稼働させることができる降圧チョッパ回路及びロボット制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る降圧チョッパ回路は、入力電圧の導通と非導通を切り替える複数の半導体スイッチング素子と、複数の半導体スイッチング素子の導通と非導通を制御するパルスを発振する少なくとも一つの発振回路と、複数の半導体スイッチング素子のうちいずれか一つを介して入力電圧が印加され、少なくともコイル、ダイオード及びコンデンサを含み、パルスに応じて入力電圧を降圧する降圧回路と、複数の半導体スイッチング素子の稼働状況に応じて、降圧回路と複数の半導体スイッチング素子のうちいずれか一つとを接続するように、降圧回路と複数の半導体スイッチング素子との接続を制御する制御部と、を備える。

この態様によれば、降圧回路に接続されている半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合であっても、降圧回路に接続する半導体スイッチング素子を切り替えることで、降圧チョッパ回路を連続稼働させることができる。

上記態様において、制御部は、複数の半導体スイッチング素子のうち降圧回路に接続されている半導体スイッチング素子の稼働状況が所定の条件を満たした場合に、降圧回路に接続する半導体スイッチング素子を切り替えるように、降圧回路と複数の半導体スイッチング素子の接続を制御してもよい。

この態様によれば、半導体スイッチング素子の稼働状況が所定の条件を満たして、そのまま使用を続けると不具合が生じる蓋然性が高まる場合に、他の半導体スイッチング素子と降圧回路を接続するように切り替えて半導体スイッチング素子の稼働状況を調整することができ、半導体スイッチング素子の寿命を延ばすことができる。

上記態様において、複数の半導体スイッチング素子の稼働状況は、複数の半導体スイッチング素子の温度の状況、複数の半導体スイッチング素子と降圧回路との接続時間の状況及び複数の半導体スイッチング素子による入力電圧の導通と非導通の切替回数の状況のうち少なくともいずれかを含んでよい。

この態様によれば、半導体スイッチング素子の寿命に影響する個別の要因を加味して半導体スイッチング素子の稼働状況を調整することができ、半導体スイッチング素子の寿命を延ばすことができる。

上記態様において、制御部は、複数の半導体スイッチング素子それぞれの稼働状況を記憶する記憶部を有し、記憶部に記憶された稼働状況の履歴に基づいて、稼働状況が所定の条件を満たすか否かを判断してもよい。

この態様によれば、半導体スイッチング素子の稼働状況の履歴に基づいて半導体スイッチング素子の稼働状況を調整することができ、半導体スイッチング素子の寿命を延ばすことができる。

上記態様において、複数の半導体スイッチング素子は、着脱可能に設けられてもよい。

この態様によれば、特定の半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合に、他の半導体スイッチング素子を降圧回路と接続した状態として、不具合が生じた半導体スイッチング素子を交換することができる。そのため、降圧チョッパ回路を停止させることなく、半導体スイッチング素子の交換を行うことができる。

上記態様において、少なくとも一つの発振回路は、複数の半導体スイッチング素子それぞれに対応して設けられた複数の発振回路を含み、複数の発振回路それぞれは、複数の半導体スイッチング素子のうちいずれか一つの導通と非導通を制御するパルスを発振してもよい。

この態様によれば、複数の半導体スイッチング素子に対応する複数の発振回路を備えることで、交換対象となる半導体スイッチング素子に対応する発振回路を停止させて、半導体スイッチング素子の絶縁を容易に確保することができ、半導体スイッチング素子の交換を安全に行うことができる。

本発明の他の態様に係るロボット制御装置は、上記いずれかの態様に記載の降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路に入力電圧を印加する電源と、を備える。

この態様によれば、半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合にも、降圧回路に接続する半導体スイッチング素子を切り替えることで、降圧チョッパ回路を備えるロボット制御装置を連続稼働させることができ、製造ラインの生産能力の低下を防止することができる。

本発明によれば、半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合にも連続稼働させることができる降圧チョッパ回路及びロボット制御装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るロボット制御装置を含む溶接システムの概要を示す図である。本発明の実施形態に係る降圧チョッパ回路の回路図である。本発明の実施形態に係る降圧チョッパ回路により実行される第１処理のフローチャートである。本発明の実施形態に係る降圧チョッパ回路により実行される第２処理のフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

図１は、本発明の実施形態に係るロボット制御装置１を含む溶接システム５００の概要を示す図である。同図に示す例において、溶接システム５００は、ロボット制御装置１、溶接電源２０及び溶接ロボット１００を含む。ここで、ロボット制御装置１は、ロボット電源３０と、ロボット電源３０から入力される入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路１０とを含む。なお、溶接システム５００は、これら以外の構成を含んでもよいし、必ずしもこれら全ての構成を含まなくてもよい。

ロボット制御装置１は、溶接ロボット１００の動作が記述されたプログラムを読み込み、溶接ロボット１００及び溶接電源２０を制御する。本実施形態において、溶接ロボット１００は、多関節のアームを有する産業用ロボットであり、エンドエフェクタとして溶接トーチを備えたロボットである。溶接ロボット１００は、サーボモータ１０１で構成された複数の関節を有して、エンドエフェクタの位置及び角度を適宜変更してワーク２００の溶接を行う。エンドエフェクタである溶接トーチの先端からは、溶接ワイヤ１１０が送給される。

溶接電源２０は、プログラムに従って、溶接ワイヤ１１０に対して電圧及び電流を供給する。溶接ロボット１００は、溶接電源２０から溶接ワイヤ１１０に対して電圧及び電流が供給されるのに応じて、溶接ワイヤ１１０を送給する位置を移動させ、ワーク２００のアーク溶接を行う。ここで、ワーク２００は、溶接台３００の上に置かれ、溶接電源２０の電極の一方は溶接ワイヤ１１０に接続され、他方は溶接台３００に接続される。

図２は、本発明の実施形態に係る降圧チョッパ回路１０の回路図である。降圧チョッパ回路１０は、第１ＩＧＢＴ１１ａ、第２ＩＧＢＴ１１ｂ、第１発振回路１２ａ、第２発振回路１２ｂ、降圧回路１３、制御部１４、切替器１５、温度管理回路１６、第１温度センサ１７ａ及び第２温度センサ１７ｂを備える。

第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂは、本発明の「半導体スイッチング素子」の一例であり、入力電圧Ｖｉｎの導通と非導通を切り替える。第１ＩＧＢＴ１１ａのゲートは、第１発振回路１２ａに接続され、エミッタは、ロボット電源３０に接続されて入力電圧Ｖｉｎが印加され、コレクタは、切替器１５に接続される。また、第２ＩＧＢＴ１１ｂのゲートは、第２発振回路１２ｂに接続され、エミッタは、ロボット電源３０に接続されて入力電圧Ｖｉｎが印加され、コレクタは、切替器１５に接続される。なお、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂは、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタであるが、降圧チョッパ回路１０は、ＩＧＢＴ以外のトランジスタを半導体スイッチング素子として備えてもよい。また、降圧チョッパ回路１０は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を３個以上備えていてもよい。さらに、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂには、それぞれ放熱板が設けられてもよい。第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂは、連続して動作すると発熱することがあり、放熱板を設けることで効率的に熱を逃がすことができ、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂの発熱に起因する故障を防ぐことができる。

第１発振回路１２ａ及び第２発振回路１２ｂは、本発明の「発振回路」の一例であり、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂの導通と非導通を制御するパルスを発振する。第１発振回路１２ａ及び第２発振回路１２ｂは、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂそれぞれに対応して設けられており、第１発振回路１２ａ及び第２発振回路１２ｂそれぞれは、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂのうちいずれか一つの導通と非導通を制御するパルスを発振する。より具体的には、第１発振回路１２ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａのゲートに接続され、第１ＩＧＢＴ１１ａの導通と非導通を制御するパルスを発振する。また、第２発振回路１２ｂは、第２ＩＧＢＴ１１ｂのゲートに接続され、第２ＩＧＢＴ１１ｂの導通と非導通を制御するパルスを発振する。第１発振回路１２ａ及び第２発振回路１２ｂから発振されるパルスは、一定の周期Ｔで、オン電位とオフ電位を繰り返す波形であってよい。パルスがオン電位の場合、接続された第１ＩＧＢＴ１１ａ又は第２ＩＧＢＴ１１ｂは導通状態となり、パルスがオフ電位の場合、接続された第１ＩＧＢＴ１１ａ又は第２ＩＧＢＴ１１ｂは非導通状態となる。ここで、０≦ｄ≦１を満たすデューティ比ｄを用いて、パルスの一周期Ｔにおけるオン電位の時間をｄ×Ｔ、オフ電位の時間を（１−ｄ）×Ｔと表すことができる。

このように、複数の半導体スイッチング素子に対応する複数の発振回路を備えることで、交換対象となる半導体スイッチング素子に対応する発振回路を停止させて、半導体スイッチング素子の絶縁を容易に確保することができ、半導体スイッチング素子の交換を安全に行うことができる。なお、降圧チョッパ回路１０は、単一の発振回路と、発振回路から発振されるパルスを複数の半導体スイッチング素子に分配する分配器と、を備えてもよい。

降圧回路１３は、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂのうちいずれか一つを介して入力電圧Ｖｉｎが印加され、少なくともコイルＬ、ダイオードＤ及びコンデンサＣを含み、第１発振回路１２ａ及び第２発振回路１２ｂから発振されるパルスに応じて入力電圧Ｖｉｎを降圧する。例えば、第１ＩＧＢＴ１１ａが降圧回路１３に接続されている場合、降圧回路１３は、第１発振回路１２ａから発振されるパルスのデューティ比に応じて入力電圧Ｖｉｎを降圧する。より具体的には、第１発振回路１２ａから発振されるパルスのデューティ比がｄである場合、降圧回路１３の出力電圧Ｖｏｕｔはｄ×Ｖｉｎとなり、降圧回路１３は、デューティ比ｄに比例して入力電圧Ｖｉｎを降圧する。なお、本例の降圧回路１３は、コイルＬ、ダイオードＤ及びコンデンサＣを一つずつ含むが、降圧回路１３はこれら以外の素子を含んでもよいし、これらの素子を複数含んでもよい。

制御部１４は、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂの稼働状況に応じて、降圧回路１３と第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂのうちいずれか一つとを接続するように、降圧回路１３と第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂとの接続を制御する。制御部１４は、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂのうちいずれを降圧回路１３と接続するか切替器１５に指令する。このようにして、降圧回路１３に接続されている半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合であっても、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を切り替えることで、降圧チョッパ回路１０を連続稼働させることができる。

切替器１５は、制御部１４からの指令に基づき、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂのうちいずれか一つのコレクタを降圧回路１３に接続する。

温度管理回路１６は、第１温度センサ１７ａ及び第２温度センサ１７ｂから温度情報を収集し、制御部１４に収集した温度情報を提供する。ここで、第１温度センサ１７ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａに近接して設けられ、例えばサーミスタであってよい。また、第２温度センサ１７ｂは、第２ＩＧＢＴ１１ｂに近接して設けられ、例えばサーミスタであってよい。第１温度センサ１７ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａの放熱板に取り付けられてよく、第２ＩＧＢＴ１１ｂは、第２温度センサ１７ｂの放熱板に取り付けられてよい。なお、第１温度センサ１７ａ及び第２温度センサ１７ｂは、サーミスタ以外の温度センサであってもよく、例えば測温抵抗体や熱電対であってもよい。

制御部１４は、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂのうち降圧回路１３に接続されている半導体スイッチング素子の稼働状況が所定の条件を満たした場合に、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を切り替えるように、降圧回路１３と第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂの接続を制御してよい。ここで、複数の半導体スイッチング素子の稼働状況は、複数の半導体スイッチング素子の温度の状況、複数の半導体スイッチング素子と降圧回路との接続時間の状況及び複数の半導体スイッチング素子による入力電圧の導通と非導通の切替回数の状況のうち少なくともいずれかを含んでよい。例えば、制御部１４は、第１ＩＧＢＴ１１ａが降圧回路１３に接続されている場合であって、第１ＩＧＢＴ１１ａに近接して設けられた第１温度センサ１７ａによって測定される温度が閾値を超えた場合に、第２ＩＧＢＴ１１ｂを降圧回路１３に接続するように、接続を切り替えることとしてよい。同様に、制御部１４は、第２ＩＧＢＴ１１ｂが降圧回路１３に接続されている場合であって、第２ＩＧＢＴ１１ｂに近接して設けられた第２温度センサ１７ｂによって測定される温度が閾値を超えた場合に、第１ＩＧＢＴ１１ａを降圧回路１３に接続するように、接続を切り替えることとしてよい。また、制御部１４は、第１ＩＧＢＴ１１ａが降圧回路１３に接続されている場合であって、第１ＩＧＢＴ１１ａと降圧回路１３の接続時間が閾値を超えた場合に、第２ＩＧＢＴ１１ｂを降圧回路１３に接続するように、接続を切り替えることとしてもよい。制御部１４は、第１ＩＧＢＴ１１ａが降圧回路１３に接続されている場合であって、第１ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング回数、すなわち第１ＩＧＢＴ１１ａによる入力電圧の導通と非導通の切替回数が閾値を超えた場合に、第２ＩＧＢＴ１１ｂを降圧回路１３に接続するように、接続を切り替えることとしてもよい。

制御部１４は、第１温度センサ１７ａによって測定される温度及び第２温度センサ１７ｂによって測定される温度を比較して、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を、温度が高い半導体スイッチング素子から、温度が低い半導体スイッチング素子に切り替えることとしてもよい。同様に、制御部１４は、降圧回路１３と複数の半導体スイッチング素子との接続時間を比較して、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を、降圧回路１３との接続時間が長い半導体スイッチング素子から、降圧回路１３との接続時間が短い半導体スイッチング素子に切り替えることとしてもよい。また、制御部１４は、複数の半導体スイッチング素子のスイッチング回数（複数の半導体スイッチング素子による入力電圧の導通と非導通の切替回数）を比較して、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を、スイッチング回数が多い半導体スイッチング素子から、スイッチング回数が少ない半導体スイッチング素子に切り替えることとしてもよい。

これにより、半導体スイッチング素子の稼働状況が所定の条件を満たして、そのまま使用を続けると不具合が生じる蓋然性が高まる場合に、他の半導体スイッチング素子と降圧回路１３を接続するように切り替えて半導体スイッチング素子の温度を調整することができ、半導体スイッチング素子の寿命を延ばすことができる。また、半導体スイッチング素子の寿命に影響する個別の要因を加味して半導体スイッチング素子の稼働状況を調整することができ、半導体スイッチング素子の寿命を延ばすことができる。

制御部１４は、複数の半導体スイッチング素子それぞれの稼働状況を記憶する記憶部１４ａを有し、記憶部１４ａに記憶された複数の半導体スイッチング素子それぞれの稼働状況の履歴に基づいて、稼働状況が所定の条件を満たすか否かを判断してもよい。具体的には、記憶部１４ａには、複数の半導体スイッチング素子の温度の状況の履歴、複数の半導体スイッチング素子と降圧回路との接続時間の状況の履歴及び複数の半導体スイッチング素子による入力電圧の導通と非導通の切替回数の状況の履歴のうち少なくともいずれかが記憶されてよい。複数の半導体スイッチング素子の稼働状況の記録は、１分毎や１時間毎等、任意の間隔で行われてよい。

制御部１４は、例えば、第１温度センサ１７ａによって測定された温度の累積値及び第２温度センサ１７ｂによって測定された温度の累積値を比較して、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を、温度の累積値が大きい半導体スイッチング素子から、温度の累積値が小さい半導体スイッチング素子に切り替えることとしてもよい。同様に、制御部１４は、降圧回路１３と複数の半導体スイッチング素子との接続時間の累積値を比較して、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を、降圧回路１３との接続時間の累積値が大きい半導体スイッチング素子から、降圧回路１３との接続時間の累積値が小さい半導体スイッチング素子に切り替えることとしてもよい。また、制御部１４は、複数の半導体スイッチング素子のスイッチング回数の累積値を比較して、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を、スイッチング回数の累積値が大きい半導体スイッチング素子から、スイッチング回数の累積値が小さい半導体スイッチング素子に切り替えることとしてもよい。

また、第１ＩＧＢＴ１１ａ及び第２ＩＧＢＴ１１ｂは、着脱可能に設けられる。これにより、特定の半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合に、他の半導体スイッチング素子を降圧回路１３と接続した状態として、不具合が生じた半導体スイッチング素子を交換することができる。そのため、降圧チョッパ回路１０を停止させることなく、半導体スイッチング素子の交換を行うことができる。

図３は、本発明の実施形態に係る降圧チョッパ回路１０により実行される第１処理のフローチャートである。制御部１４は、切替器１５を制御し、第１ＩＧＢＴ１１ａを降圧回路１３に接続する（Ｓ１０）。なお、同図に示す処理のフローは一例であり、制御部１４は、はじめに第２ＩＧＢＴ１１ｂを降圧回路１３に接続することとしてもよい。

次に、第１発振回路１２ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａのゲートに所定のデューティ比のパルスを発振する（Ｓ１１）。その後、降圧チョッパ回路１０は、降圧チョッパ回路１０の動作を停止させるか否かを判定する（Ｓ１２）。降圧チョッパ回路１０の動作を停止させない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、制御部１４は、第１温度センサ１７ａにより測定され、温度管理回路１６により収集された第１ＩＧＢＴ１１ａの温度が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。第１温度センサ１７ａにより測定された温度が所定値未満である場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、第１発振回路１２ａからのパルスの発振（Ｓ１１）を継続する。

一方、第１温度センサ１７ａにより測定された温度が所定値以上である場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、第１発振回路１２ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａに対するパルスの発振を停止する（Ｓ１４）。そして、制御部１４は、切替器１５を制御し、第２ＩＧＢＴ１１ｂを降圧回路１３に接続し（Ｓ１５）、第２発振回路１２ｂは、第２ＩＧＢＴ１１ｂのゲートに所定のデューティ比のパルスを発振する（Ｓ１６）。なお、第１発振回路１２ａによるパルス発振の停止（Ｓ１４）、制御部１４による第２ＩＧＢＴ１１ｂと降圧回路１３の接続（Ｓ１５）及び第２発振回路１２ｂによるパルスの発振（Ｓ１６）は、同時に行われてもよいし、僅かな時間を隔てて任意の順序で行われてもよい。

その後、降圧チョッパ回路１０は、降圧チョッパ回路１０の動作を停止させるか否かを判定する（Ｓ１７）。降圧チョッパ回路１０の動作を停止させない場合（Ｓ１７：Ｎｏ）、制御部１４は、第２温度センサ１７ｂにより測定され、温度管理回路１６により収集された第２ＩＧＢＴ１１ｂの温度が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１８）。第２温度センサ１７ｂにより測定された温度が所定値未満である場合（Ｓ１８：Ｎｏ）、第２発振回路１２ｂからのパルスの発振（Ｓ１６）を継続する。

一方、第２温度センサ１７ｂにより測定された温度が所定値以上である場合（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、第２発振回路１２ｂは、第２ＩＧＢＴ１１ｂに対するパルスの発振を停止する（Ｓ１９）。そして、制御部１４は、切替器１５を制御し、第１ＩＧＢＴ１１ａを降圧回路１３に接続し（Ｓ１０）、第１発振回路１２ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａのゲートに所定のデューティ比のパルスを発振する（Ｓ１１）。

最後に、降圧チョッパ回路１０の動作を停止させると判定された場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ、Ｓ１７：Ｙｅｓ）、第１発振回路１２ａ及び第２発振回路１２ｂによるパルスの発振を停止する（Ｓ２０）。以上により、降圧チョッパ回路１０により実行される第１処理が終了する。

本実施形態に係る降圧チョッパ回路１０と、降圧チョッパ回路１０に入力電圧を印加するロボット電源３０と、を備えるロボット制御装置１によれば、半導体スイッチング素子に不具合が生じた場合にも、降圧回路１３に接続する半導体スイッチング素子を切り替えることで、降圧チョッパ回路１０を備えるロボット制御装置１を連続稼働させることができ、溶接ロボット１００を含む製造ラインの生産能力の低下を防止することができる。

図４は、本発明の実施形態に係る降圧チョッパ回路１０により実行される第２処理のフローチャートである。制御部１４は、切替器１５を制御し、第１ＩＧＢＴ１１ａを降圧回路１３に接続し、接続回数を記憶部１４ａに記録する（Ｓ３０）。なお、同図に示す処理のフローは一例であり、制御部１４は、はじめに第２ＩＧＢＴ１１ｂを降圧回路１３に接続することとしてもよい。

次に、制御部１４は、第１温度センサ１７ａにより測定された温度と第２温度センサ１７ｂにより測定された温度とを記憶部１４ａに定期的に記録する（Ｓ３１）。また、第１発振回路１２ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａのゲートに所定のデューティ比のパルスを発振し、制御部１４は、記憶部１４ａにスイッチング回数を定期的に記録する（Ｓ３２）。その後、降圧チョッパ回路１０は、降圧チョッパ回路１０の動作を停止させるか否かを判定する（Ｓ３３）。降圧チョッパ回路１０の動作を停止させない場合（Ｓ３３：Ｎｏ）、制御部１４は、第１ＩＧＢＴ１１ａの稼働状況が所定の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ３４）。ここで、制御部１４は、記憶部１４ａに記憶された稼働状況の履歴に基づいて、稼働状況が所定の条件を満たすか否かを判断してよい。第１ＩＧＢＴ１１ａの稼働状況が所定の条件を満たさない場合（Ｓ３４：Ｎｏ）、温度の記録（Ｓ３１）と第１発振回路１２ａからのパルスの発振（Ｓ３２）を継続する。

一方、第１ＩＧＢＴ１１ａの稼働状況が所定の条件を満たす場合（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、第１発振回路１２ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａに対するパルスの発振を停止する（Ｓ３５）。そして、制御部１４は、切替器１５を制御し、第２ＩＧＢＴ１１ｂを降圧回路１３に接続して、接続回数を記憶部１４ａに記憶する（Ｓ３６）。その後、制御部１４は、第１温度センサ１７ａにより測定された温度と第２温度センサ１７ｂにより測定された温度とを定期的に記憶部１４ａに記録し（Ｓ３７）、第２発振回路１２ｂは、第２ＩＧＢＴ１１ｂのゲートに所定のデューティ比のパルスを発振し、制御部１４は、記憶部１４ａにスイッチング回数を定期的に記録する（Ｓ３８）。なお、第１発振回路１２ａによるパルス発振の停止（Ｓ３５）、制御部１４による第２ＩＧＢＴ１１ｂと降圧回路１３の接続（Ｓ３６）、温度の測定（Ｓ３７）及び第２発振回路１２ｂによるパルスの発振（Ｓ３８）は、同時に行われてもよいし、僅かな時間を隔てて任意の順序で行われてもよい。

その後、降圧チョッパ回路１０は、降圧チョッパ回路１０の動作を停止させるか否かを判定する（Ｓ３９）。降圧チョッパ回路１０の動作を停止させない場合（Ｓ３９：Ｎｏ）、制御部１４は、第２ＩＧＢＴ１１ｂの稼働状況が所定の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４０）。ここで、制御部１４は、記憶部１４ａに記憶された稼働状況の履歴に基づいて、稼働状況が所定の条件を満たすか否かを判断してよい。第２ＩＧＢＴ１１ｂの稼働状況が所定の条件を満たない場合（Ｓ４０：Ｎｏ）、温度の測定（Ｓ３７）と第２発振回路１２ｂからのパルスの発振（Ｓ３８）を継続する。

一方、第２ＩＧＢＴ１１ｂの稼働状況が所定の条件を満たす場合（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、第２発振回路１２ｂは、第２ＩＧＢＴ１１ｂに対するパルスの発振を停止する（Ｓ４１）。そして、制御部１４は、切替器１５を制御し、第１ＩＧＢＴ１１ａを降圧回路１３に接続し（Ｓ３０）、第１発振回路１２ａは、第１ＩＧＢＴ１１ａのゲートに所定のデューティ比のパルスを発振する（Ｓ３２）。

最後に、降圧チョッパ回路１０の動作を停止させると判定された場合（Ｓ３３：Ｙｅｓ、Ｓ３９：Ｙｅｓ）、第１発振回路１２ａ及び第２発振回路１２ｂによるパルスの発振を停止する（Ｓ４２）。以上により、降圧チョッパ回路１０により実行される第２処理が終了する。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

例えば、本実施形態に係るロボット制御装置１は、溶接システム５００に含まれ、溶接ロボット１００を制御するが、ロボット制御装置１の制御対象は溶接ロボット１００に限られず、産業用ロボット全般であってよい。

１…ロボット制御装置、１０…降圧チョッパ回路、１１ａ…第１ＩＧＢＴ、１１ｂ…第２ＩＧＢＴ、１２ａ…第１発振回路、１２ｂ…第２発振回路、１３…降圧回路、１４…制御部、１４ａ…記憶部、１５…切替器、１６…温度管理回路、１７ａ…第１温度センサ、１７ｂ…第２温度センサ、２０…溶接電源、３０…ロボット電源、１００…溶接ロボット、１０１…サーボモータ、１１０…溶接ワイヤ、２００…ワーク、３００…溶接台、５００…溶接システム

Claims

入力電圧の導通と非導通を切り替える複数の半導体スイッチング素子と、
前記複数の半導体スイッチング素子の導通と非導通を制御するパルスを発振する少なくとも一つの発振回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれか一つを介して前記入力電圧が印加され、少なくともコイル、ダイオード及びコンデンサを含み、前記パルスに応じて前記入力電圧を降圧する降圧回路と、
前記複数の半導体スイッチング素子の稼働状況に応じて、前記降圧回路と前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれか一つとを接続するように、前記降圧回路と前記複数の半導体スイッチング素子との接続を制御する制御部と、
を備える降圧チョッパ回路。
前記制御部は、前記複数の半導体スイッチング素子のうち前記降圧回路に接続されている半導体スイッチング素子の前記稼働状況が所定の条件を満たした場合に、前記降圧回路に接続する半導体スイッチング素子を切り替えるように、前記降圧回路と前記複数の半導体スイッチング素子の接続を制御する、
請求項１に記載の降圧チョッパ回路。
前記複数の半導体スイッチング素子の前記稼働状況は、前記複数の半導体スイッチング素子の温度の状況、前記複数の半導体スイッチング素子と前記降圧回路との接続時間の状況及び前記複数の半導体スイッチング素子による前記入力電圧の導通と非導通の切替回数の状況のうち少なくともいずれかを含む、
請求項２に記載の降圧チョッパ回路。
前記制御部は、前記複数の半導体スイッチング素子それぞれの前記稼働状況を記憶する記憶部を有し、前記記憶部に記憶された前記稼働状況の履歴に基づいて、前記稼働状況が前記所定の条件を満たすか否かを判断する、
請求項２又は３に記載の降圧チョッパ回路。
前記複数の半導体スイッチング素子は、着脱可能に設けられる、
請求項１から４のいずれか一項に記載の降圧チョッパ回路。
前記少なくとも一つの発振回路は、前記複数の半導体スイッチング素子それぞれに対応して設けられた複数の発振回路を含み、
前記複数の発振回路それぞれは、前記複数の半導体スイッチング素子のうちいずれか一つの導通と非導通を制御するパルスを発振する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の降圧チョッパ回路。
請求項１から６のいずれか一項に記載の降圧チョッパ回路と、
前記降圧チョッパ回路に前記入力電圧を印加する電源と、
を備えるロボット制御装置。