JP5803213B2 - ロボットコントローラー - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの動きを制御するロボットコントローラーに関するものであって、特にロボットが有する交流モーターの駆動を制御するための複数の回路基板が筐体の内部に配置されるロボットコントローラーに関する。

従来から、特許文献１に記載のように、ロボットコントローラーの筐体の内部には、交流モーターの駆動を制御するための複数の回路基板が配置されている。図４は、回路基板の配置を示すロボットコントローラーの分解斜視図であって、筐体５１の一側面である開閉パネル５１Ｆが筐体５１から取り外された状態のロボットコントローラーをその制御対象であるロボットとともに示す図である。

図４に示されるように、ロボットコントローラーの制御対象であるロボットＲは、例えば基体に連結された多関節のアームと、該アームの先端に連結された昇降シャフトと、昇降シャフトの下端に連結されたエンドエフェクターとから構成される水平多関節ロボットである。これら多関節アーム、昇降シャフト、及びエンドエフェクターを駆動する４つの交流モーターＭの各々には、該交流モーターＭの回転位置を検出するエンコーダーが搭載されている。

ロボットコントローラーにおける筐体５１内の底面には、ＣＰＵが搭載された指令生成基板５２が固定され、また筐体５１内の背面には、駆動制御基板５３が固定されている。指令生成基板５２は、各エンコーダーが出力する検出信号を受けて、ロボットＲの移動先となる位置やロボットＲの移動する速度を位置指令や速度指令として出力する。駆動制御基板５３は、上記指令生成基板５２が出力する指令に基づいて交流モーターＭにおける各相の電圧指令を生成し、該電圧指令に応じたパルス信号をＰＷＭなどの変調方式で出力する。このような駆動制御基板５３には、該駆動制御基板５３に対して直立する４つの駆動回路基板５４がコネクター５３ｃを介して接続されている。そして、４つの駆動回路基板５４の各々は、それに搭載されたインバーター回路で、駆動制御基板５３が出力するパルス信号に基づき、交流モーターＭの各相に出力される駆動電圧のスイッチングを行う。

特開２００７−１７５８５６号公報

ところで、駆動回路基板５４が出力対象となる上記駆動制御基板５３では、駆動電圧をスイッチングするためのパルス信号の他、該駆動電圧として例えば２８０Ｖの直流電圧が生成される。

ここで、スイッチング用のパルス信号が駆動制御基板５３で生成される過程では、指令生成基板５２からの位置指令や速度指令に応じた速度で、基準となるクロック信号が変調される。そのため、駆動制御基板５３のうち、上記パルス信号が生成される領域には、このような高速演算を実現させるうえで、通常、６層以上の多層構造が必要とされる。これに対し、２００Ｖの交流電圧を例えば２８０Ｖの直流電圧に変換する際には、上述のような高速演算が必要とされないため、駆動制御基板５３のうち、駆動電圧が生成される領域には、通常、２層程度の積層構造があればよい。

しかしながら、駆動制御基板５３のような実装基板では、積層構造の層数を特定の領域で変えることが製造工程の観点から困難であるため、実装基板の全体が同一の層数で構成されることが一般的である。それゆえに、上述した構成からなるロボットコントローラーでは、結局のところ、駆動電圧の生成される領域の層数をその機能に必要とされる層数よりも多くする必要があるため、駆動制御基板の内部構造を不要に複雑にすることが余儀なくされている。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、筐体内に配置される回路基板の内部構造を簡素化することの可能なロボットコントローラーを提供することにある。

この発明は、交流モーターが搭載されたロボットを制御するロボットコントローラーであって、交流電圧の出力電圧を直流電圧である駆動電圧に変換して出力する電源回路基板と、前記電源回路基板の出力電圧を多相交流電圧に変換して前記交流モーターに出力する駆動回路基板と、前記駆動回路基板の出力電圧を前記交流モーターの回転位置に基づいて制御するための制御信号を前記駆動回路基板に出力する制御回路基板とを備え、前記電源回路基板と前記制御回路基板とが、筐体内の底面に互いに並んで配置され、前記駆動回路基板が、前記電源回路基板の上面と前記制御回路基板の上面とに対して立てられた状態で前記電源回路基板と前記制御回路基板とに架設されていることを要旨とする。

この発明によれば、駆動回路基板に入力される駆動電圧が電源回路基板で生成されるとともに、駆動回路基板に入力される制御信号が制御回路基板で生成される。多相交流電圧を制御するための制御信号の生成される過程では、モーターの回転位置に基づく高速演算が必要とされるため、こうした制御信号を生成する制御回路基板では、その基板構造が自ずと多層構造になる。一方、交流電圧の出力電圧を直流電圧に変換する電源回路基板では、上述のような高速演算が必要とされないため、こうした電源回路基板に対しては、多層構造が必要とされない。

この点、上述した構成であれば、互いに異なる機能を有した制御回路基板と電源回路基板とが各別に構成されるため、各々の要請に応じた積層構造を各回路基板で採用することが可能になる。制御回路基板と電源回路基板とが一つの回路基板として構成される場合には、これらの互いに異なる要請を一つの回路基板が満たすために、該回路基板の多層化や複雑化が必要となるが、上述した構成によれば、筐体内に配置される回路基板の積層構造を簡素化することが可能となる。

そのうえ、制御回路基板と電源回路基板とが筐体の底面に並んで配置され、且つこれらの出力を用いる駆動回路基板が、電源回路基板と制御回路基板とに対して立てられた状態で電源回路基板と制御回路基板とに架設される。それゆえに、駆動回路基板の接続先となる２つの回路基板に対し、これらが互いに離れることを抑えることが可能となる結果、駆動回路基板における配線の引き回しを簡素化すること、ひいては、駆動回路基板の内部構造を簡素化することが可能となる。

なお、電源回路基板及び制御回路基板と駆動回路基板とが互いに平行となるように、電源回路基板及び制御回路基板に対して駆動回路基板が架設されると、電源回路基板と制御回路基板とが駆動回路基板によって覆われることとなる。一方、上述した構成であれば、駆動回路基板によって覆われる電源回路基板や制御回路基板の領域を最小限に抑えることが可能であるため、各々の回路基板に対するメンテナンス性を確保することが可能にもなる。

この発明は、前記電源回路基板が、前記駆動電圧を出力する第１出力コネクターを有し、前記制御回路基板が、前記制御信号を出力する第２出力コネクターを有し、前記第１出力コネクターと前記第２出力コネクターとが、一つの方向に並んで配置され、前記駆動回路基板の周辺のうち、前記筐体内の底面側となる一辺には、前記第１出力コネクターに嵌着される第１入力コネクターと前記第２出力コネクターに嵌着される第２入力コネクターとが、前記一つの方向に並んで配設されていることを要旨とする。

この発明によれば、電源回路基板と駆動回路基板とが第１出力コネクターと第１入力コネクターとの嵌着によって接続され、制御回路基板と駆動回路基板とが第２出力コネクターと第２入力コネクターとの嵌着によって接続されている。それゆえに、回路基板間を接続するためのケーブルを用いることなく、これら制御回路基板及び電源回路基板と駆動回路基板とを直接接続することが可能であって、ロボットコントローラーの筐体内では、省配線化を図ることが可能にもなる。

この発明は、前記筐体が、直方体形状であり、前記電源回路基板が、前記筐体内の底面における該筐体の背面側に配置され、前記制御回路基板が、前記筐体内の底面における該筐体の正面側に配置され、且つ前記交流モーターの回転位置を検出する検出器からの検出信号の入力されるポートを前記筐体の正面側に有し、前記ポートが、前記筐体の正面パネルに嵌め込まれていることを要旨とする。

この発明によれば、制御回路基板の正面側にポートが配置されて、交流モーターの回転位置を示す信号が該ポートに入力される。そして、交流モーターの回転位置を検出する検出器と制御回路基板とのインターフェースであるポートが、筐体の正面パネルに嵌め込まれている。それゆえに、上述したインターフェースがロボットコントローラーの背面や底面に配設される場合と比較して、ロボットコントローラーと検出器との接続や切断が容易なものとなる。そのうえ、制御回路基板とポートとを接続するためのケーブルを用いることなく、これら制御回路基板とポートとを接続することが可能であって、ロボットコントローラーの筐体内にて省配線化を進めることが可能にもなる。
この発明は、前記駆動回路基板が、前記筐体内の右側面と前記筐体内の左側面とのいずれか一方に配置されていることを要旨とする。

この発明によれば、電源回路基板、制御回路基板、駆動回路基板の各々が、直方体形状をなす筐体内の各側面に配置される。このような構成によれば、各回路基板の占める空間が筐体の各側壁に沿った空間となるため、筐体の内部空間が回路基板によって区画されることを抑え、ひいては配線や電子部品を配置するために必要とされる連続的な空間を筐体の内部で確保することが容易なものとなる。

この発明は、複数の前記駆動回路基板を備え、前記複数の駆動回路基板の各々が、互いに平行となるように前記電源回路基板と前記制御回路基板とに架設されていることを要旨とする。

この発明によれば、複数の駆動回路基板の各々が互いに平行となるように配置されているため、複数の駆動回路基板の各々が交差するように配置される場合と比較して、これら複数の駆動回路基板の占める空間の大きさを小さくすることが可能である。ひいては、ロボットコントローラーの小型化を図ることが可能にもなる。

本発明の一実施形態におけるロボットコントローラーの外部構造を示す斜視図。 同じく一実施形態におけるロボットコントローラーの内部構造について電源の供給系を中心に示す斜視図。 同じく一実施形態におけるロボットコントローラーの内部構造について制御回路基板と電源回路基板とに対する駆動回路基板の配置を示す斜視図。 従来例におけるロボットコントローラーの内部構造を制御対象であるロボットとともに示す斜視図。

以下、本発明のロボットコントローラーを具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施形態におけるロボットコントローラーの制御対象は、先の図４にて説明されたロボットであって、４つの交流モーターＭが搭載された水平多関節ロボットである。そのため、以下では、ロボットコントローラーの制御対象に関し、先に説明されたロボットＲと同一の符号を付して、その重複した説明を省略する。

［ロボットコントローラーの外部構造］
まず、ロボットコントローラーの外部構造について図１を参照して説明する。図１に示されるように、水平方向に延びる直方体形状に形成された筐体１の正面パネル１Ｆには、該正面パネル１Ｆにおける右側端部に、外部電源コネクター２が配設されている。外部電源コネクター２は、ロボットコントローラーが設置される設備の外部電源プラグに接続されて、外部電源プラグから供給される２００Ｖの交流電圧を筐体１の内部に供給する。正面パネル１Ｆにおいて外部電源コネクター２の上側には、サーキットプロテクター３の操作レバー３ａが配設されている。サーキットプロテクター３の操作レバー３ａは、筐体１の内部にて外部電源コネクター２に接続されて、外部電源プラグが供給する２００Ｖの交流電圧に対し、ロボットコントローラーへの供給と遮断とを強制的に切り替える。

一方、正面パネル１Ｆにおける左側端部には、上下方向に延びる矩形状の多相交流電圧コネクター４が嵌め込まれている。多相交流電圧コネクター４では、４つの交流モーターＭに接続される複数の接続端子の各々が、上下方向に配列されている。多相交流電圧コネクター４は、上述した４つの交流モーターＭの各々に接続されて、該４つの交流モーターＭの各々に多相交流電圧を出力する。

正面パネル１Ｆにおける下側端部のうち、正面パネル１Ｆの左側半分を占める部分には、左右方向に延びる外部通信用の３つのポートが嵌め込まれている。３つのポートを構成する位置検出器用ポート１１、非常停止用ポート１２、ＴＰ用ポート１３の各々は、正面パネル１Ｆの下辺に沿って、正面パネル１Ｆの左側端部からこの順に、且つ各ポートの接続端子が左右方向に並ぶかたちに配設されている。

位置検出器用ポート１１は、４つの交流モーターＭの各々の回転位置を検出するレゾルバやエンコーダーなどの４つの回転角センサーに接続されて、４つの回転角センサーの各々から該回転角センサーが検出した位置を示す位置検出信号が入力される。非常停止用ポート１２は、ロボットコントローラーの外部に設けられた非常停止回路や安全扉回路など、ロボットコントローラーの設置された環境が非常時であるか否かを検出する装置に接続されて、該装置から非常停止信号が入力される。ＴＰ用ポート１３は、ロボットコントローラーの周辺機器の一つであるティーチングペンダントに接続されて、ロボットＲの教示に用いられるデータがティーチングペンダントから入力される。

正面パネル１Ｆにおける下側端部のうち、ＴＰ用ポート１３の右側には、シリアル通信用の２つのポートである第１ＵＳＢポート１４、及び第２ＵＳＢポート１５と、ＬＡＮポート１６が、右側端部に向けてこの順に嵌め込まれている。

第１ＵＳＢポート１４は、ロボットコントローラーの周辺機器の一つである外部コンピューターにＵＳＢを経由して接続されて、例えば外部コンピューターからの要求に応じ、ロボットコントローラーにおけるＩ／Ｏの状態など、ロボットコントローラーにおける処理の状態を示す信号を出力する。第２ＵＳＢポート１５は、例えばＵＳＢメモリーに接続されて、ロボットコントローラーに格納されたログをＵＳＢメモリーに出力する。ＬＡＮポート１６は、例えばロボットコントローラーが設置される設備のネットワークにイーサネット（登録商標）を経由して接続されて、例えばネットワークに接続された外部コンピューターからの要求に応じ、これもまたロボットコントローラーにおける処理の状態を示す信号を出力する。正面パネル１Ｆにおける下側端部のうち、第２ＵＳＢポート１５とＬＡＮポート１６との間には、トリガースイッチ１５ａが配設されている。トリガースイッチ１５ａは、該トリガースイッチ１５ａが押されるたびに、上記第２ＵＳＢポート１５からのログの出力を許容する。

正面パネル１Ｆの下側端部のうちで右側端部には、各種のデジタル信号の入力及び出力を取り扱うＩ／Ｏポート１７が嵌め込まれている。Ｉ／Ｏポート１７は、正面パネル１Ｆに配設されたコネクターのうち、左右方向の幅及び前後方向の幅が最も大きいコネクターである。Ｉ／Ｏポート１７は、例えばロボットの動きを撮像するカメラやロボットの位置を検出するセンサーなど、ロボットを動かすために必要とされる周辺機器やロボットの動きに合わせて駆動される周辺機器に接続されている。そして、Ｉ／Ｏポート１７は、ロボットそのものの状態やロボット周辺の状態を示す信号を周辺機器から入力されるとともに、ロボットの動きを示す信号を周辺機器に対して出力する。

正面パネル１ＦのうちＴＰ用ポート１３の上側には、シーケンサーポート１８が嵌め込まれ、シーケンサーポート１８の上側には、冷却用ファンＦが交換可能に装着されている。シーケンサーポート１８は、例えばＲＳ−２３２Ｃを経由してシーケンサーに接続されて、ロボットを動かすための制御信号が該シーケンサーから入力される。冷却用ファンＦは、筐体１の外部から筐体１の内部に向けて外気を吹き込むファンであって、該冷却用ファンＦの外側ケースと正面パネル１Ｆとの間には、外気に含まれる埃や塵を捕獲するための外気フィルターＦａが交換可能に挟まれている。

正面パネル１ＦのうちＬＡＮポート１６の上側には、上下方向に延びる矩形孔であるスロット孔が形成され、該スロット孔には、矩形板状をなす拡張パネル１Ｐが嵌め込まれている。また、拡張パネル１Ｐには、２つの拡張Ｉ／Ｏポート１９が左右方向に並んで配設されている。２つの拡張Ｉ／Ｏポート１９の各々は、例えばロボットの作業対象となるワークを撮像するカメラや該ワークの位置を検出するセンサーなど、ロボットを動かすために必要とされる周辺機器やロボットの動きに合わせて駆動される周辺機器に接続されている。そして、拡張Ｉ／Ｏポート１９は、ロボットそのものの状態やロボット周辺の状態を示す信号を周辺機器から入力されるとともに、ロボットの動きを示す信号を周辺機器に対して出力する。

このように、ロボットコントローラーの正面パネル１Ｆには、筐体１の内部が開放されることなく行われる下記作業に対し、該作業に必要とされるインターフェースの全てが配設されている。
・ロボットコントローラーに対する電源の投入、及び該電源の遮断。
・ロボットコントローラーとその制御対象となるロボットＲとの接続、及び切断。
・ロボットコントローラーとそれの周辺機器との接続、及び切断。
・冷却用ファンＦ及び外気フィルターＦａの保守、及び点検。

［ロボットコントローラーの内部構造］
次に、ロボットコントローラーの内部構造について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２では、ロボットコントローラーの内部構造を説明する便宜上、ロボットコントローラーの筐体１のうち、上述した正面パネル１Ｆ、背面パネル、天面パネルが省略され、さらに正面パネル１Ｆに配設された多相交流電圧コネクター４、及び冷却用ファンＦが省略されている。また、各回路基板における機能とその配置とを説明する便宜上、回路基板間を接続するケーブル、回路基板と電子部品とを接続するケーブル、及び電子部品間を接続するケーブルが省略されている。

図２に示されるように、筐体１の右側パネル１Ｒには、サーキットプロテクター３に接続されて、２００Ｖの交流電圧を直流電圧に変換して出力する電源供給系が配置されている。また、筐体１の底面パネル１Ｂには、電源回路基板としての駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とが各別に配置され、そして筐体１の左側パネル１Ｌには、２枚の駆動回路基板４０が配置されている。

筐体１の右側パネル１Ｒにおける上側中央には、ノイズフィルターＮＦが固定されている。ノイズフィルターＮＦは、入力ケーブルを介してサーキットプロテクター３に接続され、出力ケーブルを介して駆動電圧生成基板２０に接続されている。そして、２００Ｖの交流電圧がサーキットプロテクター３からノイズフィルターＮＦに入力されると、ノイズフィルターＮＦは、該交流電圧からノイズを除去し、該ノイズの除去された交流電圧を駆動電圧生成基板２０に出力する。

駆動電圧生成基板２０は、底面パネル１Ｂの背面側に固定された矩形板状のプリント回路基板であって、底面パネル１Ｂの背面側の殆どを占める大きさに形成されている。駆動電圧生成基板２０は、底面パネル１Ｂと平行な２層のプリント板が積層されてなるリジッド基板を有し、該リジッド基板の上面には、２００Ｖの交流電圧を駆動電圧である２８０Ｖの直流電圧に変換するための各種の電子部品が実装されている。この駆動電圧生成基板２０は、入力ケーブルを介してノイズフィルターＮＦに接続され、出力ケーブルを介して、第１電源回路基板ＰＳ１、第２電源回路基板ＰＳ２、及び第３電源回路基板ＰＳ３に各別に接続されている。また、駆動電圧生成基板２０は、出力コネクターを介して駆動回路基板４０に接続されている。そして、ノイズフィルターＮＦから駆動電圧生成基板２０に交流電圧が入力されると、駆動電圧生成基板２０は、該交流電圧を第１電源回路基板ＰＳ１、第２電源回路基板ＰＳ２、及び第３電源回路基板ＰＳ３に分配する。さらに、駆動電圧生成基板２０は、ノイズフィルターＮＦから入力された交流電圧を２８０Ｖの直流電圧である駆動電圧に変換し、該駆動電圧を駆動回路基板４０に出力する。

第１電源回路基板ＰＳ１は、右側パネル１Ｒの背面側上方に固定された矩形板状の回路基板であって、２００Ｖの交流電圧を１５Ｖの直流電圧に変換するための各種の電子部品が実装された実装基板である。この第１電源回路基板ＰＳ１は、入力ケーブルを介して駆動電圧生成基板２０に接続され、出力ケーブルを介して駆動電圧生成基板２０に接続されている。そして、駆動電圧生成基板２０から第１電源回路基板ＰＳ１に交流電圧が分配されると、第１電源回路基板ＰＳ１は、該交流電圧を１５Ｖの直流電圧に変換し、該変換された直流電圧を駆動電圧生成基板２０に出力する。

第２電源回路基板ＰＳ２は、右側パネル１Ｒの背面側下方に固定された矩形板状の回路基板であって、２００Ｖの交流電圧を５Ｖの直流電圧に変換するための各種の電子部品が実装された実装基板である。この第２電源回路基板ＰＳ２は、入力ケーブルを介して駆動電圧生成基板２０に接続され、出力ケーブルを介して制御回路基板３０に接続されている。そして、駆動電圧生成基板２０から第２電源回路基板ＰＳ２に交流電圧が分配されると、第２電源回路基板ＰＳ２は、該交流電圧を５Ｖの直流電圧に変換し、該変換された直流電圧を制御回路基板３０に出力する。

第３電源回路基板ＰＳ３は、底面パネル１Ｂのうち、駆動電圧生成基板２０の右側に固定された矩形板状の回路基板であって、２００Ｖの交流電圧を２４Ｖの直流電圧に変換するための各種の電子部品が実装された実装基板である。この第２電源回路基板ＰＳ２は、入力ケーブルを介して駆動電圧生成基板２０に接続され、出力ケーブルを介して制御回路基板３０に接続されている。そして、駆動電圧生成基板２０から第３電源回路基板ＰＳ３に交流電圧が分配されると、第３電源回路基板ＰＳ３は、該交流電圧を２４Ｖの直流電圧に変換し、該変換された直流電圧を制御回路基板３０に出力する。

制御回路基板３０は、底面パネル１Ｂの正面側に固定された矩形板状のプリント回路基板であって、底面パネル１Ｂの正面側の全体を占める大きさに形成されている。制御回路基板３０は、底面パネル１Ｂと平行な６層のプリント基板が積層されてなるリジッド基板を有し、該リジッド基板の上面には、駆動回路基板４０の出力電圧を制御するための制御信号を回転角センサーから入力される検出信号に基づいて生成するための各種の電子部品が実装されている。この制御回路基板３０は、正面パネル１Ｆの下側端部に配列された各コネクターに接続され、外部装置や周辺機器からの検出信号や指令が各コネクターを介して入力される。

詳述すると、制御回路基板３０には、上記位置検出器用ポート１１が接続されて、４つの回転角センサーの各々からの検出信号が、位置検出器用ポート１１を介して制御回路基板３０に入力される。また、制御回路基板３０には、非常停止用ポート１２が接続されて、外部装置や周辺機器からの非常停止指令が、非常停止用ポート１２を介して制御回路基板３０に入力される。さらに、制御回路基板３０には、ＴＰ用ポート１３が接続されて、ティーチングペンダントからの教示指令が、ＴＰ用ポート１３を介して制御回路基板３０に入力される。

また、制御回路基板３０には、第１ＵＳＢポート１４が接続されて、外部コンピューターからの指令やデータが、第１ＵＳＢポート１４を介して制御回路基板３０に入力される。また、制御回路基板３０には、第２ＵＳＢポート１５が接続されて、ロボットコントローラーにおける処理の状態を示す信号が、トリガースイッチ１５ａからの入力信号に応じて制御回路基板３０から出力される。さらに、制御回路基板３０には、ＬＡＮポート１６が接続され、ロボットコントローラーにおける処理の状態を示す信号が、ＬＡＮポート１６と該ＬＡＮポート１６に接続されたネットワークとを介して制御回路基板３０から出力される。また、制御回路基板３０には、Ｉ／Ｏポート１７が接続されて、周辺機器からの指令や検出信号が、Ｉ／Ｏポート１７を介して制御回路基板３０に入力される。また、周辺機器への指令や演算結果が、Ｉ／Ｏポート１７を介して制御回路基板３０から出力される。

制御回路基板３０の上面における背面側には、上述した冷却用ファンＦと前後方向で向い合うように、ＣＰＵの搭載されたＣＰＵボード３１が積み重ねられている。ＣＰＵボード３１は、ロボットＲに教示位置を教示するための教示プログラムを解釈して実行し、また、ロボットＲを所定の作業位置へ動かすためのプログラムを解釈して実行する。この際、ＣＰＵボード３１は、まずティーチングペンダントから入力される教示位置や予め設定された作業位置と、各回転角センサーから入力される検出結果とを用い、ロボットＲが教示位置や作業位置へ移動するための軌道を生成し、ロボットＲの移動先を示す位置指令を生成する。続いて、制御回路基板３０は、位置指令が示す位置へロボットＲを動かすための交流モーターＭの駆動量を算出するとともに、算出された駆動量に応じた各相の電圧指令を生成する。次いで、ＣＰＵボード３１は、生成された電圧指令に応じたパルス信号をＰＷＭなどの変調方式で制御信号として出力する。そして、ＣＰＵボード３１は、回転角センサーから検出結果が入力される度に、こうした軌道の生成と、軌道に応じた駆動量の算出と、駆動量に応じた制御信号の出力とを行う。

制御回路基板３０の上面における正面側には、通信用インターフェース基板３２が積み重ねられている。通信用インターフェース基板３２には、シーケンサーポート１８が接続されて、ロボットを動かすための制御信号が該シーケンサーから入力される。

制御回路基板３０の上面のうち、ＣＰＵボード３１の右側には、前後方向に延びる３つの拡張用コネクター３３が配設されている。３つの拡張用コネクター３３の各々には、ピンの嵌め込まれる複数のピン嵌合孔が、上方に開口するように前後方向に配列されている。そして、上記拡張Ｉ／Ｏポート１９を搭載した拡張回路基板のピンが拡張用コネクターに嵌め込まれると、ロボット周辺の状態を示す信号が、拡張回路基板を介して制御回路基板３０に入力されるとともに、ロボットの動きを示す信号が、拡張回路基板を介して制御回路基板３０から出力される。また、制御回路基板３０の上面のうち、背面側の右側端部には、カード型記憶媒体３４の装着されるメモリーコネクター３５が配設されている。カード型記憶媒体３４には、ロボットＲが有するアームの長さ、ロボットＲが有する駆動軸と交流モーターＭとを連結する減速機の減速比など、ロボットコントローラーがロボットＲを動かすために必要とされる各種のデータが記憶されている。そして、ＣＰＵボード３１は、カード型記憶媒体３４に格納された各種のデータを読み出し、該データを参照して上述した軌道の生成を実行する。

［駆動回路基板の接続構造］
次に、駆動回路基板４０の構造と、該駆動回路基板４０と駆動電圧生成基板２０及び制御回路基板３０との接続構造とについて図３を参照して説明する。
図３に示されるように、駆動電圧生成基板２０の上面のうち、正面側の左端部には、前後方向に延びる第１出力コネクター２１が配設されている。第１出力コネクター２１の上面には、ピンの嵌め込まれる複数のピン嵌合孔が、上方に開口するように前後方向に配列されて、該第１出力コネクター２１からは、駆動電圧生成基板２０で生成された駆動電圧と第１電源回路基板ＰＳ１で生成された１５Ｖの直流電圧とが出力される。

また、制御回路基板３０の上面のうち、背面側の左端部であって上記第１出力コネクター２１の正面側には、これもまた前後方向に延びる第２出力コネクター３６が配設されている。第２出力コネクター３６の上面には、ピンの嵌め込まれる複数のピン嵌合孔が、上方に開口するように前後方向に配列されて、該第２出力コネクター３６からは、制御回路基板３０で生成された制御信号が出力される。

２枚の駆動回路基板４０の各々は、駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とに対して立てられた状態で、これら駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とに架設されている。２枚の駆動回路基板４０は、冷却用ファンＦの吹き込み方向である前後方向に延びる矩形板状に形成されて、左右方向において互いに向かい合い、且つ互いに平行に配置されている。なお、これら２枚の駆動回路基板４０は、筐体１に対する配置が左右方向で互いに異なり、且つ駆動対象となる交流モーターＭが互いに異なる一方、それに搭載される電子部品の構成については互いに同じである。そのため、以下では、２枚の駆動回路基板４０のうち、右側に配置された駆動回路基板４０について説明し、左側に配置された駆動回路基板４０については、右側に配置された駆動回路基板４０と互いに異なる点のみを説明する。

駆動回路基板４０は、筐体１の左側パネル１Ｌから右側に延びる３つの支持プレート１Ｓによって３辺が支持される矩形板状のプリント回路基板であって、左側パネル１Ｌの凡そ半分を占める大きさに形成されている。駆動回路基板４０は、左側パネル１Ｌと平行な４層のプリント板が積層されてなるリジッド基板を有し、駆動電圧生成基板２０から出力される駆動電圧を多相交流電圧に変換するための各種の電子部品が実装されている。

駆動回路基板４０の底辺には、前後方向に延びる第１入力コネクター４１と、同じく前後方向に延びる第２入力コネクター４２とが、前後方向に並んで配設されている。第１入力コネクター４１は、第１出力コネクター２１のピン嵌合孔に嵌め込まれるピンを有し、該第１入力コネクター４１に嵌め込まれることによって、駆動電圧生成基板２０の出力電圧である駆動電圧と１５Ｖの直流電圧とを駆動回路基板４０に入力する。第２入力コネクター４２は、第２出力コネクター３６のピン嵌合孔に嵌め込まれるピンを有し、該第２入力コネクター４２に嵌め込まれることによって、制御回路基板３０からの制御信号を駆動回路基板４０に入力する。なお、第１入力コネクター４１には、駆動電圧生成基板２０から２系統の駆動電圧が入力され、また駆動電圧生成基板２０から２系統の１５Ｖの直流電圧が入力される。また、第２入力コネクター４２には、互いに異なる２つの交流モーターＭを駆動するための２系統の制御信号が入力される。

駆動回路基板４０の右側面のうち、上下方向の略中央には、第１パワーモジュール４３Ｂと第２パワーモジュール４３Ｆとが、前後方向に並んで配設されている。また、第１パワーモジュール４３Ｂの右側面、及び第２パワーモジュール４３Ｆの右側面には、これらの全体が覆われるように、第１パワーモジュール４３Ｂと第２パワーモジュール４３Ｆとを冷却するための１つのヒートシンク４４が固着されている。

２つのパワーモジュール４３Ｂ，４３Ｆの各々は、駆動回路基板４０における配置が前後方向で互いに異なり、且つ駆動対象となる交流モーターＭが互いに異なる一方、それに搭載される回路構成については互いに同じである。そのため、以下では、２つのパワーモジュール４３Ｂ，４３Ｆのうち、背面側に配置された第１パワーモジュール４３Ｂについて説明し、正面側に配置された第２パワーモジュール４３Ｆについては、第１パワーモジュール４３Ｂと互いに異なる点のみを説明する。

第１パワーモジュール４３Ｂには、第１入力コネクター４１に入力される２系統の駆動電圧の一方が入力され、また第１入力コネクター４１に入力される２系統の１５Ｖの直流電圧の一方が入力される。さらに、第１パワーモジュール４３Ｂには、第２入力コネクターに入力される２つの制御信号のうち、該第１パワーモジュール４３Ｂの駆動対象に対応する制御信号が入力される。

第１パワーモジュール４３Ｂは、駆動電圧生成基板２０が出力する１５Ｖの直流電圧によって駆動される。この第１パワーモジュール４３Ｂには、駆動電圧生成基板２０が出力する駆動電圧を昇降圧する昇降圧コンバーターがパッケージングされており、駆動電圧生成基板２０から入力される２８０Ｖの駆動電圧が、交流モーターＭの駆動に適した電圧に昇圧される。また、第１パワーモジュール４３Ｂには、制御回路基板３０から入力される制御信号によってオン／オフ制御される複数のスイッチング素子からなるインバーター回路がパッケージングされている。そして、第１パワーモジュール４３Ｂでは、制御回路基板３０から入力される制御信号によってスイッチング素子がオン／オフ制御され、これにより、昇降圧コンバーターにて昇圧された電圧が、多相交流電圧として例えば３相交流電圧に変換される。

駆動回路基板４０の上辺には、前後方向に延びる第１モジュールコネクター４５Ｂと、同じく前後方向に延びる第２モジュールコネクター４５Ｆとが、前後方向に並んで配設されている。第１モジュールコネクター４５Ｂの上面には、ピンの嵌め込まれる複数のピン嵌合孔が、上方に開口するように前後方向に配列されている。第１モジュールコネクター４５Ｂは、駆動回路基板４０の内部において第１パワーモジュール４３Ｂの出力端子に接続され、該第１モジュールコネクター４５Ｂからは、上記第１パワーモジュール４３Ｂで生成された多相交流電圧が出力される。一方、第２モジュールコネクター４５Ｆの上面には、ピンの嵌め込まれる複数のピン嵌合孔が、上方に開口するように前後方向に配列されている。第２モジュールコネクター４５Ｆは、駆動回路基板４０の内部において第２パワーモジュール４３Ｆの出力端子に接続され、該第２モジュールコネクター４５Ｆからは、上記第２パワーモジュール４３Ｆで生成された多相交流電圧が出力される。

そして、各モジュールコネクター４５Ｂ，４５Ｆが、出力ケーブルを介して上記多相交流電圧コネクター４に接続され、各パワーモジュール４３Ｂ，４３Ｆで生成される多相交流電圧が、該多相交流電圧コネクター４を介して各交流モーターＭに出力される。

次に、上述した構成からなるロボットコントローラーの作用について以下に説明する。
外部電源プラグから２００Ｖの交流電圧が、サーキットプロテクター３を介して、ノイズフィルターＮＦに入力されると、ノイズフィルターＮＦによってノイズの除去された交流電圧が、ノイズフィルターＮＦから駆動電圧生成基板２０に出力される。次いで、駆動電圧生成基板２０に入力された交流電圧は、第１電源回路基板ＰＳ１、第２電源回路基板ＰＳ２、及び第３電源回路基板ＰＳ３に分配され、第１電源回路基板ＰＳ１、第２電源回路基板ＰＳ２、及び第３電源回路基板ＰＳ３では、互いに異なる直流電圧に変換される。また、駆動電圧生成基板２０では、ノイズフィルターＮＦからの交流電圧が、駆動電圧である２８０Ｖの直流電圧に変換される。そして、第１電源回路基板ＰＳ１で生成される１５Ｖの直流電圧と、駆動電圧生成基板２０で生成される駆動電圧とが、第１出力コネクター２１及び第１入力コネクター４１を介し、駆動電圧生成基板２０から２つの駆動回路基板４０の各々に入力される。

一方、ロボットＲを作業位置に動かすべく、周辺機器からの検出信号がＩ／Ｏポート１７を介して制御回路基板３０に入力されると、制御回路基板３０では、位置検出器用ポート１１を介して各回転角センサーの検出信号が取得される。次いで、制御回路基板３０では、作業位置を示す位置指令と各回転角センサーの検出結果とに基づいて、ロボットＲが作業位置へ移動するための軌道が生成され、該軌道に沿ってロボットＲを動かすための交流モーターＭの駆動量が算出される。そして、制御回路基板３０では、算出された駆動量に応じた各相の電圧指令が生成され、該電圧指令に応じた制御信号が、第２出力コネクター３６及び第２入力コネクター４２を介し、制御回路基板３０から２つの駆動回路基板４０の各々に入力される。

続いて、駆動回路基板４０では、駆動電圧生成基板２０から入力される駆動電圧が、交流モーターＭの駆動に適した電圧に昇圧され、制御回路基板３０から入力される制御信号のオン／オフ制御により、該昇圧された電圧が多相交流電圧に変換される。そして、ロボットコントローラーでは、駆動回路基板４０に入力される制御信号の周波数を制御回路基板３０が制御することによって、交流モーターＭの駆動量に応じた電流が該交流モーターＭの各相に供給される。

この際、多相交流電圧を制御するための制御信号の生成される過程では、交流モーターＭの回転位置に基づく高速演算が必要とされるため、こうした制御信号を生成する制御回路基板３０では、その基板構造として自ずと多層構造が必要とされる。一方、交流電圧の出力電圧を駆動電圧に変換する駆動電圧生成基板２０では、上述のような高速演算が必要とされないため、こうした駆動電圧生成基板２０に対しては、多層構造が必要とされない。上述した構成であれば、互いに異なる機能を有した駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とが各別に構成されるため、各々の要請に応じた積層構造を各回路基板で採用することが可能になる。なお、駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とが一つの回路基板として構成される場合には、これらの互いに異なる要請を一つの回路基板が満たすために、該回路基板の多層化や複雑化が必要となるが、上述した構成によれば、筐体１内に配置される回路基板の積層構造を簡素化することが可能となる。

そのうえ、駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とが筐体１の底面パネル１Ｂに並んで配置され、且つこれらの出力を用いる駆動回路基板４０が、駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とに対して立てられた状態で、駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とに架設される。それゆえに、駆動回路基板４０の接続先となる２つの回路基板に対し、これらが互いに離れることを抑えることが可能となる結果、駆動回路基板４０における配線の引き回しを簡素化すること、ひいては、駆動回路基板４０の内部構造を簡素化することが可能となる。

なお、駆動電圧生成基板２０及び制御回路基板３０と駆動回路基板４０とが互いに平行となるように、駆動電圧生成基板２０及び制御回路基板３０に対して駆動回路基板４０が架設されると、駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とが駆動回路基板４０によって覆われることとなる。一方、上述した構成であれば、駆動回路基板４０によって覆われる駆動電圧生成基板２０の領域や制御回路基板３０の領域を最小限に抑えることが可能であるため、各々の回路基板に対するメンテナンス性を確保することが可能にもなる。

以上説明したように、本実施形態のロボットコントローラーによれば、以下に列記する効果を得ることができる。
（１）駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とが各別に構成されるため、各々の要請に応じた積層構造を各回路基板で採用することが可能になる。それゆえに、筐体１内に配置される回路基板の積層構造を簡素化することが可能となる。

（２）駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とが筐体１の底面パネル１Ｂに並んで配置されるため、駆動回路基板４０の接続先となるこれら２つの回路基板に対し、これらが互いに離れることを抑えることが可能になる。その結果、駆動回路基板４０における配線の引き回しを簡素化すること、ひいては、駆動回路基板４０の内部構造を簡素化することが可能となる。

（３）駆動回路基板４０が、駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とに対して立てられた状態で、駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とに架設されるため、各々の回路基板に対するメンテナンス性を確保することが可能にもなる。

（４）駆動電圧生成基板２０と駆動回路基板４０とが、第１出力コネクター２１と第２入力コネクター４２との嵌着によって接続され、制御回路基板３０と駆動回路基板４０とが、第２出力コネクター３６と第２入力コネクター４２との嵌着によって接続されている。それゆえに、回路基板間を接続するためのケーブルを用いることなく、これら駆動電圧生成基板２０及び制御回路基板３０と駆動回路基板４０とを直接接続することが可能であって、ロボットコントローラーの筐体１内では、省配線化を図ることが可能にもなる。

（５）筐体１の正面パネル１Ｆには、位置検出器用ポート１１、非常停止用ポート１２、ＴＰ用ポート１３、第１ＵＳＢポート１４、第２ＵＳＢポート１５、ＬＡＮポート１６、Ｉ／Ｏポート１７など、筐体１の内部が開放されることなく行われる作業に対し、該作業に必要とされるインターフェースの全てが嵌め込まれている。それゆえに、上述したインターフェースがロボットコントローラーの背面パネルや底面パネル１Ｂに配設される場合と比較して、ロボットコントローラーと外部機器との接続や切断が容易なものとなる。

（６）筐体１の底面パネル１Ｂにおける正面側には、上述したインターフェースの接続先である制御回路基板３０が配置されている。このような構成であれば、制御回路基板３０と各ポートとを接続するためのケーブルを用いることなく、これら制御回路基板３０と各ポートとを接続することが可能であって、ロボットコントローラーの筐体１内にて省配線化を進めることが可能にもなる。

（７）駆動電圧生成基板２０、制御回路基板３０、駆動回路基板４０の各々が、直方体形状をなす筐体１内の各側面に配置される。このような構成によれば、各回路基板の占める空間が筐体１の各側壁に沿った空間となるため、筐体１の内部空間が回路基板によって区画されることを抑え、ひいては配線や電子部品を配置するために必要とされる連続的な空間を筐体１の内部で確保することが容易なものとなる。

（８）２つの駆動回路基板４０の各々が互いに平行となるように配置されているため、２つの駆動回路基板４０の各々が交差するように配置される場合と比較して、これら２つの駆動回路基板４０の占める空間の大きさを小さくすることが可能である。ひいては、ロボットコントローラーの小型化を図ることが可能にもなる。

なお、上記実施の形態は、以下のような態様によって実施することも可能である。
・複数の駆動回路基板４０の各々は、互いに交差するように配置されてもよく、このような構成であっても、上記（１）〜（７）に準じた効果を得ることは可能である。要は、駆動回路基板４０が、電源回路基板である駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とに対して立てられた状態で駆動電圧生成基板２０と制御回路基板３０とに架設される構成であればよい。

・複数の駆動回路基板４０は、右側パネル１Ｒ、及び左側パネル１Ｌの各々に配置される構成であってもよく、あるいは右側パネル１Ｒにのみ配置される構成であってもよい。例えば、制御対象であるロボットが６つの交流モーターＭを有する場合には、３枚の駆動回路基板４０が、左側パネル１Ｌ側に配置される構成であってもよく、あるいは２枚の駆動回路基板４０が、左側パネル１Ｌ側に配置され、残りの１枚の駆動回路基板４０が右側パネル１Ｒ側に配置される構成であってもよい。
また、駆動回路基板４０の数量が１枚である場合には、該駆動回路基板４０は、右側パネル１Ｒと左側パネル１Ｌのいずれか一方に配置される構成であればよい。このような構成であっても、上記（１）〜（７）に準じた効果を得ることが可能である。また、１以上の駆動回路基板４０が、筐体１の左右方向における中央に配置される構成であってもよい。このような構成であっても、上記（１）〜（６）に準じた効果を得ることは可能である。

・筐体１の底面パネル１Ｂにおける正面側に、駆動電圧生成基板２０が配置され、且つ筐体１の底面パネル１Ｂにおける背面側に、制御回路基板３０が配置される構成であってもよい。このような構成であっても、上記（１）〜（４）に準じた効果を得ることが可能である。しかも、ロボットコントローラーに接続される信号ケーブルや電源ケーブルがロボットコントローラーの背面側へ集約されるため、これらのケーブル類がロボットコントローラーのオペレーションに支障を来すことを抑えることが可能にもなる。

・駆動電圧生成基板２０と駆動回路基板４０とが、接続ケーブルを介して接続される構成であってもよく、また制御回路基板３０と駆動回路基板４０とが、接続ケーブルを介して接続される構成であってもよい。このような構成であっても、上記（１）〜（３）に準じた効果を得ることは可能であって、また駆動回路基板４０の配置の自由度や回路基板間を接続するためのコネクターの配置の自由度を高めることが可能でもある。

・ロボットコントローラーは、上述した回路基板や電子部品とは異なる他の部材を筐体１の内部に収容することも可能である。例えば、ロボットＲが減速するときにロボットコントローラーに戻ってくる電圧である回生エネルギーを熱に変換して消費するための回生抵抗が筐体の内部に収容される構成であってもよい。また、例えば、上述した回生エネルギーが上昇したときに、所定の電圧値で回生エネルギーを回生抵抗に供給するコンパレーター機能を有したコンパレーター基板が筐体の内部に収容される構成であってもよい。

Ｆ…冷却用ファン、Ｍ…交流モーター、Ｒ…ロボット、Ｆａ…外気フィルター、ＮＦ…ノイズフィルター、ＰＳ１…第１電源回路基板、ＰＳ２…第２電源回路基板、ＰＳ３…第３電源回路基板、１…筐体、１Ｂ…底面パネル、１Ｆ…正面パネル、１Ｌ…左側パネル、１Ｐ…拡張パネル、１Ｒ…右側パネル、１Ｓ…支持プレート、２…外部電源コネクター、３…サーキットプロテクター、３ａ…操作レバー、４…多相交流電圧コネクター、１１…位置検出器用ポート、１２…停止用ポート、１３…ＴＰ用ポート、１４…第１ＵＳＢポート、１５…第２ＵＳＢポート、１５ａ…トリガースイッチ、１６…ＬＡＮポート、１７…Ｉ／Ｏポート、１８…シーケンサーポート、１９…拡張Ｉ／Ｏポート、２０…駆動電圧生成基板、２１…第１出力コネクター、３０…制御回路基板、３１…ＣＰＵボード、３２…通信用インターフェース基板、３３…拡張用コネクター、３４…カード型記憶媒体、３５…メモリーコネクター、３６…第２出力コネクター、４０…駆動回路基板、４１…第１入力コネクター、４２…第２入力コネクター、４３…パワーモジュール、４３Ｂ…第２パワーモジュール、４３Ｆ…第２パワーモジュール、４５Ｂ…第１モジュールコネクター、４５Ｆ…第２モジュールコネクター、４４…ヒートシンク、５１…筐体、５２…指令生成基板、５３…駆動制御基板、５４…駆動回路基板。

Claims (5)

1. 交流モーターが搭載されたロボットを制御するロボットコントローラーであって、
   交流電圧を直流電圧である駆動電圧に変換して出力する電源回路基板と、
   前記電源回路基板の出力電圧を多相交流電圧に変換して前記交流モーターに出力する駆動回路基板と、
   前記駆動回路基板の出力電圧を前記交流モーターの回転位置に基づいて制御するための制御信号を前記駆動回路基板に出力する制御回路基板とを備え、
   前記電源回路基板と前記制御回路基板とが、筐体内の底面に互いに並んで配置され、
   前記駆動回路基板が、前記電源回路基板と前記制御回路基板とに対して立てられた状態で前記電源回路基板の上面と前記制御回路基板の上面とに架設されている
   ことを特徴とするロボットコントローラー。
2. 前記電源回路基板が、前記駆動電圧を出力する第１出力コネクターを有し、
   前記制御回路基板が、前記制御信号を出力する第２出力コネクターを有し、
   前記第１出力コネクターと前記第２出力コネクターとが、一つの方向に並んで配置され、
   前記駆動回路基板の周辺のうち、前記筐体内の底面側となる一辺には、前記第１出力コネクターに嵌着される第１入力コネクターと前記第２出力コネクターに嵌着される第２入力コネクターとが、前記一つの方向に並んで配設されている
   請求項１に記載のロボットコントローラー。
3. 前記筐体が、直方体形状であり、
   前記電源回路基板が、前記筐体内の底面における該筐体の背面側に配置され、
   前記制御回路基板が、前記筐体内の底面における該筐体の正面側に配置され、且つ前記交流モーターの回転位置を検出する検出器からの検出信号の入力されるポートを前記筐体の正面側に有し、
   前記ポートが、前記筐体の正面パネルに嵌め込まれている
   請求項１又は２に記載のロボットコントローラー。
4. 前記駆動回路基板が、前記筐体内の右側面と前記筐体内の左側面とのいずれか一方に配置されている
   請求項３に記載のロボットコントローラー。
5. 複数の前記駆動回路基板を備え、
   前記複数の駆動回路基板の各々が、互いに平行となるように前記電源回路基板と前記制御回路基板とに架設されている
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットコントローラー。

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