JP5464158B2

JP5464158B2 - 制御装置

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Publication number: JP5464158B2
Application number: JP2011049833A
Authority: JP
Inventors: 裕隆森田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-03-08
Also published as: CN102672728B; JP2012183624A; US20120229979A1; CN102672728A; EP2498587A3; EP2498587A2; US8711562B2

Description

本発明は、制御装置に関する。

従来、制御対象のロボットへ接続されてロボットの動作を制御するロボット制御装置が知られている。かかるロボット制御装置では、箱形の筐体の内部にロボットの動作を制御する制御回路を設けることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１７５８５８号公報

しかしながら、従来のロボット制御装置では、動作時に制御回路の動作環境が悪化するという問題があった。

具体的には、制御回路は、ロボットへ出力する制御信号を増幅するアンプ等、動作時に熱を発する回路素子を複数含んでいる。このため、従来のロボット制御装置では、動作時に回路素子から発せられる熱によって筐体内部の温度が上昇して制御回路の動作環境が悪化することがある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、動作時に制御回路の動作環境が悪化することを抑制することができるロボット制御装置を提供することを目的とする。

本願の開示するロボット制御装置は、天板および一枚の側板に吸気孔を配設し、前記吸気孔が配設された前記側板に隣接する側板に排気孔を配設した筐体と、前記筐体の内部に収納されて制御対象のロボットを制御する制御回路と、前記吸気孔から前記筐体内へ吸気した外気を前記排気孔から前記筐体の外へ排気するファンとを備える。

本願の開示するロボット制御装置の一つの態様によれば、ロボットの動作を制御する制御回路の動作時に筐体内部の温度上昇を抑制することにより、制御回路の動作環境が悪化することを抑制することができる。

図１は、実施例に係るロボット制御装置を示す模式図である。図２は、実施例に係るロボット制御装置の平面視による内部構造を示す模式図である。図３は、実施例に係るロボット制御装置の側面視による内部構造を示す模式図である。図４は、平面視による筐体内部の外気の流れを示す模式図である。図５は、側面視による筐体内部の外気の流れを示す模式図である。図６は、各アンプの配設位置を発熱量に基づいて決定したロボット制御装置を示す模式図である。図７は、変形例に係るロボット制御装置を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボット制御装置の実施例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施例における例示で本発明が限定されるものではない。また、以下では、７軸の関節を備えたロボットアームの先端にロボットハンドが設けられたロボットの動作を制御するロボット制御装置を例に挙げて説明するが、制御対象のロボットは、これに限定されるものではない。

図１は、実施例に係るロボット制御装置１を示す模式図である。なお、図１では、ロボット制御装置１の内部構造について図示を省略している。ロボット制御装置１の内部構造については、図２および図３を用いて後述する。

図１に示すように、ロボット制御装置１は、天板３に吸気孔６を配設するとともに、一枚の側板４にも吸気孔７を配設し、吸気孔７を配設した側板４に隣接する側板５に排気孔８を配設した筐体２を備えている。

また、ロボット制御装置１は、筐体２の内部に収納されて制御対象のロボットを制御する複数の回路素子（図２および図３参照）を含んだ制御回路と、吸気孔６および７から筐体２の内部へ吸気した外気を排気孔８から筐体２の外部へ排気するファン９とを備えている。

かかる構成により、ロボット制御装置１は、ファン９を駆動することによって筐体２の内部に外気が吸気孔６および７から排気孔８へ向かうＬ字状の流路を形成する。そして、ロボット制御装置１では、かかる流路を通過する外気によって筐体２内部の熱を吸収させ、熱を吸収した外気を筐体２の外部へ排気する。

このように、ロボット制御装置１は、筐体２内部の回路素子から発せられた熱を筐体２の外部へ放出させることで筐体２内部の温度上昇を抑制することができるため、筐体２内部の温度上昇によって制御回路の動作環境が悪化することを抑制することができる。

しかも、ロボット制御装置１では、筐体２の４枚の側板のうち２枚の側板には、吸気孔７および排気孔８のいずれも配設していない。したがって、ロボット制御装置１は、吸気孔７および排気孔８を配設していない側板が手前となるように設置することにより、美観を損なうことなく筐体２内部で生じた熱を筐体２の外部へ放出することができる。

次に、図２および図３を用いてロボット制御装置１の内部構造について説明する。図２は、実施例に係るロボット制御装置１の平面視による内部構造を示す模式図であり、図３は、実施例に係るロボット制御装置１の側面視による内部構造を示す模式図である。なお、図２および図３では、筐体２およびファン９を点線によって示している。

図２および図３に示すように、ロボット制御装置１は、筐体２の内部に制御対象のロボットを制御する複数の回路素子を含んだ制御回路を備えている。具体的には、ロボット制御装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、制御ボード１１、アンプ１２、コンバータ１３、リレー１４、コンデンサ１５等の回路素子を備えている。なお、図２および図３では、各回路素子間を接続する配線等の一般的な構成要素について図示を省略している。

これらの回路素子は、動作時に熱を発するものであるが中でもコンバータ１３およびアンプ１２の発熱量は、他の回路素子の発熱量に比べて大きい。このため、ロボット制御装置１では、コンバータ１３およびアンプ１２を排気孔８側に配設することにより、コンバータ１３およびアンプ１２によって発せられる熱が他の回路素子へ与える影響を抑制している。

ＣＰＵ１０は、ロボットの動作制御に関する各種演算処理を行う処理部である。制御ボード１１は、ロボットの軸毎に設けられ、ＣＰＵ１０による演算結果に基づく制御信号を各軸に対応したアンプ１２へ出力する処理部である。

コンバータ１３は、筐体２の外部からリレー１４を介して入力される交流電流を単相の直流電流へ変換してＣＰＵ１０へ供給するとともに、交流電流を３相の直流電流へ変換してアンプ１２へ供給する処理部である。

リレー１４は、コンバータ１３への交流電流の入力および遮断を切り替えるスイッチである。コンデンサ１５は、コンバータ１３によって変換された直流電流を平滑化する平滑コンデンサである。

アンプ１２は、制御対象のロボットの軸およびロボットハンド毎に設けられ、対応する制御ボード１１から入力される制御信号を増幅してロボットの対応する軸およびロボットハンドを駆動するサーボモータへ出力する処理部である。また、各アンプ１２と外部出力端子１８との間は、ケーブル１６によって接続されている。

かかる各ケーブル１６は、平面視において筐体２内部の中央領域に配設している。そして、ロボット制御装置１では、かかるケーブル１６の配設空間を外気の通気路１７としている。

すなわち、ロボット制御装置１では、筐体２内部で制御回路が配設されていない空隙であって吸気孔７が配設された側板４から側板４と対向する側板へ向けて筐体２内部の中央を横切るように延伸する通気路１７を、吸気孔６および７が配設された側板４および天板３と内接するように設けている。

そして、ロボット制御装置１では、天板３における通気路１７と接する箇所に吸気孔６として機能する複数のスリット６ａを帯状に設け、一枚の側板４における通気路１７と接する箇所に吸気孔７として機能する複数のスリット７ａを帯状に設けている。

なお、ロボット制御装置１では、平面視において筐体２内部の中央を横切るように通気路１７を設けているが、かかる通気路１７は、必ずしも正確に筐体２の内部中央を横切る必要はない。

このように、ロボット制御装置１では、各回路素子の配設箇所に比べて隙間が多く存在するケーブル１６の配設箇所を外気の通気路１７として有効活用する。これにより、ロボット制御装置１では、筐体２を小型化して各回路素子を密に配設した場合であっても、外気の通気路１７を確保することができるため筐体２内部で発生した熱を筐体２の外部へ放出することができる。

したがって、ロボット制御装置１によれば、動作時における筐体２内部の温度上昇を抑制しつつ装置の小型化を図ることができるため、筐体２を小型することで装置のコストを低減することができる。

また、ロボット制御装置１では、筐体２内部の中央を横切るように通気路１７を設け、制御回路の回路素子のうち動作時に発熱する回路素子、たとえば、アンプ１２や制御ボード１１、ＣＰＵ１０、コンデンサ１５等の回路素子を、通気路１７を挟むように通気路１７の両側に配設した。また、比較的発熱量が大きなコンバータ１３については、筐体２の中央領域側の側面が通気路１７と面するように配設した。

これにより、ロボット制御装置１では、筐体２の内周面付近に比べて熱が放出され難い筐体２の中央領域から筐体２の外部へ熱を放出することができる。

すなわち、筐体２には、ある程度の放熱機能があるため、各回路素子の筐体２に面する部分からは、各回路素子によって発せられた熱が筐体２を介して比較的放熱され易い。これに対して、各回路素子の筐体２に面していない部分、すなわち、筐体２内部の中央領域は、筐体２に面している部分に比べ放熱し難い。

そこで、ロボット制御装置１では、筐体２内部の中央を横切るように通気路１７を設けることによって、熱が放出され難い筐体２の中央領域から筐体２の外部へ熱を放出させる構成とした。かかる構成により、ロボット制御装置１は、筐体２の内部で発せられた熱を筐体２の外部へ効率的に放出することで筐体２内部の温度上昇を抑制することができる。

また、ロボット制御装置１では、平面視における通気路１７の両側に回路素子を載置する載置台１９および２２を設けた。そして、ロボット制御装置１では、一方の載置台１９上に、リレー１４、コンデンサ１５、ＣＰＵ１０および制御ボード１１等の回路素子を載置することにより、筐体２の底板２０と回路素子との間に通気路１７と連通した空隙２１を設けた。

また、ロボット制御装置１では、他方の載置台２２上に、アンプ１２を載置することにより、筐体の底板２０と回路素子との間に通気路１７と連通した空隙２３を設けた。

このように、ロボット制御装置１では、底板２０と回路素子との間に通気路１７と連通した空隙２１および２３を設けることによって、筐体２内部で熱が滞留しやすい底板２０近傍の領域から通気路１７を経由して筐体２の外部へ熱を放出させることができる。

次に、図４および図５を用いて筐体２内部の外気の流れについて説明する。図４は、平面視による筐体２内部の外気の流れを示す模式図であり、図５は、側面視による筐体２内部の外気の流れを示す模式図である。

図４に示すように、ロボット制御装置１では、ファン９（図２参照）を駆動すると、筐体２の側板４に配設された吸気孔７（図１参照）から外気３０が筐体２の内部へ吸気される。

そして、外気３０は、筐体２内部の中央を横切るように設けた通気路１７を経由した後、排気孔８が配設された側板５（図１参照）の方向へ向きを変え、各アンプ１２の両脇およびコンバータ１３の側面を通過して排気孔８から筐体２の外部へ排気される。

また、図５に示すように、ロボット制御装置１では、ファン９（図２参照）を駆動すると、筐体２の天板３に配設された吸気孔６（図１参照）から外気３０が筐体２の内部へ吸気される。

そして、外気３０は、筐体２内部の中央を縦方向へ貫くように設けた通気路１７を経由した後、排気孔８が配設された側板５（図１参照）の方向へ向きを変え、各アンプ１２の両脇およびコンバータ１３の側面を通過して排気孔８から筐体２の外部へ排気される。

これにより、筐体２内部へ吸気された外気３０は、通気路１７を通過する期間に、筐体２の中央領域から各回路素子によって発せられた熱を吸収する。続いて、外気３０は、各アンプ１２の両脇およびコンバータ１３の側面を通過する期間に、各アンプ１２およびコンバータ１３によって発せられた熱を吸収して筐体２の外部へ排気される。

さらに、ロボット制御装置１では、回路素子が載置された載置台１９および２２と筐体２の底板２０との間に通気路１７と連通した空隙２１および２３を備えている。

このため、ロボット制御装置１では、ファン９（図１参照）を駆動すると、筐体２内部の気圧が下がり、載置台１９および２２と底板２０との間に設けた空隙２１および２３から排気孔８の方向へ空気３１および３２の流れが形成される。

したがって、ロボット制御装置１では、筐体２内部で熱が滞留しやすい底板２０近傍の領域から通気路１７を経由して排気孔８から筐体２の外部へ熱を放出させることにより、筐体２内部の温度上昇をさらに抑制することができる。

このように、ロボット制御装置１は、筐体２の内周面付近に比べて熱が放出され難い筐体２の中央領域や底板２０近傍の領域で発生した熱を筐体２の外部へ放出することで、筐体２内部の温度上昇にともなう制御回路の動作環境の悪化を抑制することができる。

なお、ここでは、図示を省略しているが、４枚の側板のうち、吸気孔７および排気孔８が配設されていない側板には、筐体２内部の信号線の接続状態や制御回路の動作状態を表示する状態表示装置を筐体２の外部から確認するために穴が設けられる。

これにより、ロボット制御装置１では、ファン９を駆動した場合に、状態表示装置を確認するための穴からも筐体２の内部へ外気３０が吸気されて排気孔８から排気される。かかる空気の流れによっても筐体２内部で発生した熱を筐体２の外部へ放出することができる。

ところで、ロボット制御装置１によって制御されるロボットのように複数の関節やロボットハンドを備えたロボットでは、各関節やロボットハンドを動作させるサーボモータ毎に消費電力が異なる。

たとえば、複数の関節があるロボットアームを備えたロボットの場合、ロボットアームの基端側に配設されたサーボモータほどロボットアームの先端側に配設されたサーボモータよりも大きなトルクが要求されるため消費電力が大きい。

このため、ロボット制御装置１では、ロボットアームの基端側に配設したサーボモータへ制御信号を出力するアンプ１２は、ロボットアームの先端側に配設したサーボモータへ制御信号を出力するアンプ１２よりも電力の大きな制御信号を出力する必要がある。

したがって、ロボットアームの基端側に配設したサーボモータへ制御信号を出力するアンプ１２は、ロボットアームの先端側に配設したサーボモータへ制御信号を出力するアンプ１２よりも動作時の発熱量が大きい。

そこで、ロボット制御装置１は、各サーボモータへ制御信号を出力する複数のアンプ１２の配設位置を各アンプ１２の発熱量に基づいて決定することにより、筐体２内部で発生した熱をより効率的に筐体２の外部へ放出することができる。

ここで、図６を用いて各アンプ１２の配設位置を発熱量に基づいて決定したロボット制御装置１ａについて説明する。図６は、各アンプ１２の配設位置を発熱量に基づいて決定したロボット制御装置１ａを示す模式図である。

以下では、基端がベースＢに固定され、７軸の関節を持つロボットアームの先端にロボットハンドＨが設けられたロボットＲの動作を制御するロボット制御装置１ａを例に挙げて説明する。ロボットアームは、各関節をそれぞれ駆動する７個のサーボモータＭ１〜Ｍ７を備えている。

なお、図６では、８個の各アンプ１２に対して発熱量の大きな順に４１〜４８の符号を付している。また、以下に説明するロボット制御装置１ａは、アンプ４１〜４８の配設位置が異なる点を除いて前述したロボット制御装置１と同様の構成である。このため、図６では、アンプ４１〜４８以外の構成要素について図示を省略している。

図６に示す例では、アンプ４１〜４８の発熱量は、制御対象のサーボモータＭ１〜Ｍ７およびロボットハンドＨの配設箇所がベースＢに近いほど大きい。かかる場合、ロボット制御装置１ａでは、動作時の発熱量が大きいアンプ４１〜４８ほど側板４に配設された吸気孔７から遠い位置となるように通気路１７に沿って一列に配設する。

これにより、ロボット制御装置１ａでは、吸気孔７から吸気された外気３０の温度が通気路１７を通過する過程で上昇しても、外気３０が最も発熱量の大きなアンプ４１の配設位置まで到達した場合に、外気３０の温度がアンプ４１の温度よりも高くなることはない。

このように、ロボット制御装置１ａでは、動作時に各アンプ４１〜４８の温度よりも低い温度の外気３０を各アンプ４１〜４８に対して供給することができるので、筐体２内部で発生した熱をより効率的に筐体２の外部へ放出することができる。

上述したように、実施例に係るロボット制御装置１および１ａは、天板３および一枚の側板４に吸気孔６および７を配設し、吸気孔７を配設した側板４に隣接する側板５に排気孔８を配設した筐体２を備えている。

さらに、実施例に係るロボット制御装置１および１ａは、筐体２の内部に収納されて制御対象のロボットを制御する制御回路と、吸気孔６および７から筐体２内へ吸気した外気３０を排気孔８から筐体２の外部へ排気するファン９とを備えている。

そして、実施例に係るロボット制御装置１および１ａは、ファン９を駆動することで外気３０を筐体２の内部へ吸気し、筐体２の内部で発せられた熱を外気３０によって吸収させ、熱を吸収した外気３０を排気孔８から筐体２の外部へ放出する。

これにより、実施例に係るロボット制御装置１および１ａでは、動作時に筐体２内部の温度上昇を抑制することができるため、制御回路の動作環境が悪化することを抑制することができる。

なお、上述した実施例に係るロボット制御装置１および１ａは、一例に過ぎず、種々の変形が可能である。以下では、図７を用いて変形例に係るロボット制御装置１ｂについて説明する。

図７は、変形例に係るロボット制御装置１ｂを示す模式図である。なお、図７では、前述したロボット制御装置１および１ａと同一の構成要素に対して同一の符号を付している。図７に示すように、ロボット制御装置１ｂは、筐体２ａおよびファン９ａの構成のみが前述したロボット制御装置１および１ａと異なる。

具体的には、ロボット制御装置１ｂの筐体２ａは、天板３上で通気路１７（図２参照）に内接する箇所に加え、制御ボード１１およびＣＰＵ１０に対応する箇所にも吸気孔６ｂを配設している。

これにより、ロボット制御装置１ｂでは、制御ボード１１およびＣＰＵ１０の真上から外気３０を吸気することができるため、制御ボード１１およびＣＰＵ１０によって発せられた熱を効率的に筐体２ａの外部へ放出することができる。したがって、ロボット制御装置１ｂによれば、制御ボード１１およびＣＰＵ１０近傍の温度上昇による制御回路の熱暴走を防止することができる。

また、天板３上で通気路１７（図２参照）に内接する箇所に配設する吸気孔６は、動作時の発熱量が最大のアンプ４１に近い位置に配設するスリット６ａほどスリット６ａの面積を広く形成した。

これにより、ロボット制御装置１ｂでは、動作時の発熱量が最大のアンプ４１に近いほど筐体２の内部へ吸気する外気３０の流量を多くすることができる。したがって、ロボット制御装置１ｂによれば、各アンプ４１〜４８から発せられる熱量に応じた量の外気３０によって各アンプ４１〜４８を冷却することにより、筐体２ａの内部の温度を均一に低下させることができる。

また、ロボット制御装置１ｂでは、８個のアンプ４１〜４８のうち、動作時の発熱量が比較的大きな４個のアンプ４１〜４４に対応する排気孔８ａの面積を、動作時の発熱量が比較的小さな４個のアンプ４５〜４８に対応する排気孔８よりも大きく形成した。

さらに、ロボット制御装置１ｂでは、面積を他の排気孔８よりも大きく形成した排気孔８ａと対応する位置に、他の排気孔８と対応するファン９よりもサイズの大きなファン９ａを設けた。かかる構成によってもロボット制御装置１ｂは、筐体２ａの内部の温度を均一に低下させることができる。

なお、ロボット制御装置１ｂは、排気孔８および８ａの面積を等しく形成するとともに、ファン９および９ａのサイズを等しくし、動作時の発熱量が比較的大きな４個のアンプ４１〜４４に対応するファン９ａの単位時間あたりの回転数を他のファン９よりも高くなるように制御してもよい。かかる構成によっても、筐体２ａの内部の温度を均一に低下させることができる。

また、変形例は、図７に示すロボット制御装置１ｂに限定するものではない。たとえば、実施例にかかるロボット制御装置１は、筐体２の天板３に配設する吸気孔６の総面積と、一枚の側板４に配設する吸気孔７の総面積とが等しくなるように、スリット６ａおよび７ａの面積を調整して吸気孔６および７を配設することもできる。

これにより、筐体２の天板３側から吸気される外気３０の量と、側板４側から吸気される外気３０の量とを等しくすることができるため、筐体２ａの内部の温度を均一に低下させることができる。

しかも、かかる構成によれば、通気路１７の平面視による長さが側面視による高さよりも大きい場合、天板３に配設する各スリット６ａの面積を側板４に配設する各スリット７ａの面積よりも小さくすることができる。

これにより、ロボット制御装置１の非動作時に、天板３側のスリット６ａから筐体２の内部へ入り込む異物のサイズを規制することができるため、筐体２内部への異物の混入を抑制することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１、１ａ、１ｂロボット制御装置
２、２ａ筐体
３天板
４、５側板
６、７吸気孔
６ａ、６ｂ、７ａスリット
８、８ａ排気孔
９、９ａファン
１０ＣＰＵ
１１制御ボード
１２、４１〜４８アンプ
１３コンバータ
１４リレー
１５コンデンサ
１６ケーブル
１７通気路
１８外部出力端子
１９、２２載置台
２０底板
２１、２３空隙
Ｒロボット
Ｍ１〜Ｍ７サーボモータ
Ｂベース
Ｈロボットハンド
３０外気
３１、３２空気

Claims

天板および一枚の側板に吸気孔を配設し、前記吸気孔が配設された前記側板に隣接する側板に排気孔を配設した筐体と、
前記筐体の内部に収納されて制御対象物を制御する制御回路と、
前記吸気孔から前記筐体内へ吸気した外気を前記排気孔から前記筐体の外へ排気するファンと、
前記筺体の内部における中央領域に設けられ、前記制御回路の回路素子が配設されることがなく、前記回路素子が配設される領域に形成される空隙よりも大きな空隙と、
前記側板に設けられる前記吸気孔から前記大きな空隙を経由し、Ｌ字状に屈曲して前記排気孔へ至る経路、および前記天板に設けられる前記吸気孔から前記大きな空隙を経由し、Ｌ字状に屈曲して前記排気孔へ至る経路を有する通気路と、
前記大きな空隙に配置され、前記回路素子と接続されるケーブルと
を備え、
前記天板に設けられる吸気孔および前記側板に設けられる吸気孔は、
前記大きな空隙の位置に合わせて、当該大きな空隙と内接するように設けられ、
前記天板に設けられる吸気孔および前記側板に設けられる吸気孔のうち、少なくとも前記天板に設けられる吸気孔は、
帯状に配置される複数のスリットである
ことを特徴とする制御装置。
前記筐体は、
前記制御回路が配置されていない空隙であって前記吸気孔が配設された側板から当該側板と対向する側板へ向けて延伸する通気路を、前記吸気孔が配設された側板および前記天板と内接するように備える
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記制御回路の回路素子のうち動作時に発熱する回路素子を、前記通気路を挟むように配設した
ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
動作時の発熱量が大きい前記回路素子ほど前記側板に配設された前記吸気孔から遠い位置に配設した
ことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
前記筐体の底板と前記制御回路との間に前記通気路と連通した空隙を設けた
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の制御装置。