JP6791900B2

JP6791900B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP6791900B2
Application number: JP2018080317A
Authority: JP
Inventors: 遼太郎稲葉; 尚志桃谷
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2038-04-19
Also published as: JP2019191674A; CN110385717A; US10987802B2; US20190321970A1; DE102019002711A1

Description

本発明は、筐体内に電子部品が搭載された制御ボードが収容される制御装置に関する。

下記特許文献１には、サーボ制御基板とブレーキ制御基板を有するロボット制御装置が開示されている。

特開２００６−１４６４６４号公報

上記特許文献１に記載の技術では、サーボ制御基板やブレーキ制御基板は、マニピュレータに電力を供給するため、サーボ制御基板やブレーキ制御基板上の回路は比較的大型となるため、制御装置が大型化する問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、小型化を図ることができる制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の制御装置は、筐体と、板状に形成された通信ボードと、板状に形成され、一辺が前記通信ボードに取り付けられた制御ボードと、板状に形成され、一辺が前記通信ボードに取り付けられ、機器に搭載されたアクチュエータを駆動するパワーモジュールが搭載されたアンプボードと、前記アンプボードを挟んで、前記通信ボードと反対側に配置され、前記アクチュエータの電磁ブレーキを駆動するブレーキ電源ユニットと、を有する。

本発明によれば、小型化を図ることができる。

ロボットと、ロボットを制御する制御装置とを示すブロック図である。制御装置の構成を示す模式図である。

〔第１の実施の形態〕
［ロボットおよび制御装置の構成］
図１は、ロボット１０と、ロボット１０を制御する制御装置１２とを示すブロック図である。ロボット１０は、スカラロボットやパラレルリンクロボット等の多関節ロボットであって、例えば、４つの駆動軸を有する。ロボット１０は、機器を構成する。ロボット１０は、それぞれの駆動軸にサーボモータ等のアクチュエータ１４が設けられている。つまり、ロボット１０は４台のアクチュエータ１４を有する。アクチュエータ１４には、電磁ブレーキ１６が設けられているものもある。電磁ブレーキ１６は、非励磁時にアクチュエータ１４の駆動軸にブレーキを作用させ、励磁時にアクチュエータ１４の駆動軸のブレーキを解放する。

制御装置１２は、図示しない記憶部に記憶されたプログラムに基づいて、ロボット１０に対する指令値を演算する制御部１８と、指令値にしたがってロボット１０の各アクチュエータ１４に電力を供給するパワーモジュール２０と、アクチュエータ１４を駆動させるときに電磁ブレーキ１６に電力を供給して励磁させるブレーキ電源ユニット２２とを有している。本実施の形態の制御装置１２は、１つのパワーモジュール２０により１台のロボット１０の４台のアクチュエータ１４に電力が供給され、１つのブレーキ電源ユニット２２により１台のロボット１０の４台の電磁ブレーキ１６に電力が供給される。制御装置１２は、パワーモジュール２０と電磁ブレーキ１６を２組有しており、２台のロボット１０を制御する。

［制御装置の詳細］
図２は、制御装置１２の筐体２４内の構成を示す模式図である。制御装置１２は、筐体２４内に、通信ボード２８と、通信ボード２８に取り付けられた制御ボード３０と、通信ボード２８に取り付けられた２枚のアンプボード３２と、２台のブレーキ電源ユニット２２を有している。

通信ボード２８は、制御ボード３０とアンプボード３２との間で信号の送受信を行う。通信ボード２８は、略長方形状の板状に形成されている。

制御ボード３０は、各種電子部品３６が搭載されており、制御ボード３０と電子部品３６とで前述の制御部１８を構成する。制御ボード３０は、略長方形の板状に形成されており、その一辺がフローティングコネクタ３８を介して、通信ボード２８に接続されている。制御ボード３０の筐体２４の第２内側側面４０に対向する側の第１面４２には、アクリル樹脂等を材料として形成された保護部材４４が搭載されている。保護部材４４は、保護部材４４の制御ボード３０の第１面４２から高さが、第１面４２に搭載された電子部品３６の第１面４２からの高さよりも高く形成されている。

アンプボード３２は、ロボット１０に供給される電力を制御するパワーモジュール２０が搭載されている。アンプボード３２は、略長方形の板状に形成されており、その一辺がフローティングコネクタ３８を介して、通信ボード２８に接続されている。アンプボード３２は、制御ボード３０の第１面４２の反対側の面である第２面４３側に配置されている。１枚のアンプボード３２に搭載されたパワーモジュール２０によって、１台のロボット１０の４つのアクチュエータ１４に電力が供給される。制御装置１２は、２枚のアンプボード３２を有しており、これにより２台のロボット１０のアクチュエータ１４に電力が供給される。アンプボード３２は筐体２４の内側側面に固定されている。なお、パワーモジュール２０はユニットとして構成され、そのユニットがアンプボード３２に搭載されていてもよい。また、パワーモジュール２０は、アンプボード３２に直接実装された部品群によって構成されていてもよい。

ブレーキ電源ユニット２２は、アンプボード３２を挟んで通信ボード２８の反対側に、アンプボード３２と隣接して配置されている。１台のブレーキ電源ユニット２２によって、１台のロボット１０の４つのアクチュエータ１４にそれぞれ設けられた電磁ブレーキ１６に電力が供給される。制御装置１２は、アンプボード３２と同数のブレーキ電源ユニット２２を有している。

２枚のアンプボード３２は、パワーモジュール２０同士が対向するように配置されている。２つのパワーモジュール２０の間には、１つのヒートシンク４６が設けられている。ヒートシンク４６は、アルミニウム等を材料として形成されている。ヒートシンク４６は、それぞれのパワーモジュール２０に固定されている。ヒートシンク４６は、内部に中空部４８を有し、中空部４８はパワーモジュール２０同士が対向する方向と交差する方向に開口している。より好ましくは、中空部４８は、ブレーキ電源ユニット２２および通信ボード２８以外の方向に向けて開口する。

制御ボード３０と、２枚のアンプボード３２のうち制御ボード３０と近い側に配置されているアンプボード３２とは、連結部材５０により連結されている。前述のように、ヒートシンク４６は、それぞれのパワーモジュール２０に固定されているため、制御ボード３０と２枚のアンプボード３２とを一体にして、筐体２４内に挿入して、通信ボード２８に接続することができる。

なお、本実施の形態では、制御装置１２は、アンプボード３２を２枚有するようにしたが、１枚であってもよいし、３枚以上であってもよい。アンプボード３２の枚数が奇数であるときには、ヒートシンク４６が必ずしも２つのパワーモジュール２０の間に設けられている必要はない。

また、本実施の形態では、制御ボード３０に保護部材４４が設けられているが、同様にして、通信ボード２８の筐体２４の第１内側側面３４と対向する側の面に保護部材４４を設けるようにしてもよい。通信ボード２８には、電子部品が搭載されていてもよい。なお、保護部材４４は、制御ボード３０のみに設けられていてもよいし、通信ボード２８のみに設けられていてもよいし、制御ボード３０と通信ボード２８の両方に設けられていてもよい。

また、本実施の形態では、１台のブレーキ電源ユニット２２により、１台のロボット１０の各アクチュエータ１４の電磁ブレーキ１６に電力が供給されるが、１台のブレーキ電源ユニット２２により、複数台のロボット１０の各アクチュエータ１４の電磁ブレーキ１６に電力が供給されるようにしてもよい。つまり、アンプボード３２に搭載されたパワーモジュール２０により駆動されるアクチュエータ１４の合計数と、ブレーキ電源ユニット２２により駆動される電磁ブレーキ１６の合計数とが同数であればよい。ロボットによっては一部のアクチュエータ１４に電磁ブレーキ１６が付いていないものもあるため、その場合はブレーキ電源ユニット２２により駆動できる電磁ブレーキ１６の合計数がロボット１０の持つ電磁ブレーキと同数であればよい。

［作用効果］
制御装置１２の構成要素の中でも、アクチュエータ１４に電力を供給するパワーモジュール２０が搭載されたアンプボード３２や、電磁ブレーキ１６に電力を供給するブレーキ電源ユニット２２は、比較的体積が大きく、制御装置１２が大型化する要因となった。

本実施の形態では、アンプボード３２を挟んで通信ボード２８の反対側に、ブレーキ電源ユニット２２がアンプボード３２に隣接して配置されるようにした。筐体２４内において、比較的体積が大きいアンプボード３２とブレーキ電源ユニット２２とをまとめて配置するため、制御装置１２の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、制御ボード３０の第１面４２に、アクリル樹脂等を材料として形成された保護部材４４が搭載されるようにした。保護部材４４は、保護部材４４の制御ボード３０の第１面４２から高さが、第１面４２に搭載された電子部品３６の第１面４２からの高さよりも高く形成されている。そのため、筐体２４が外部からの圧力等により変形した場合または制御ボード３０が振動した場合に、保護部材４４が筐体２４の第２内側面４０に接触するため、制御ボード３０に搭載された電子部品３６の損傷を抑制することができる。また、制御ボード３０の変形が抑えられ、制御ボード３０や電子部品３６に対してかかるストレスを軽減することができる。さらに、制御ボード３０にコネクタやソケットに接続される部品が搭載されている場合、接続が外れることを防ぐことができる。また、制御ボード３０と接続された通信ボード２８と、通信ボード２８を介して接続されたアンプボード３２へ与える制御ボード３０の振動による影響を軽減することができる。

また、本実施の形態では、アンプボード３２に搭載されたパワーモジュール２０は、１台のロボット１０に搭載される４つのアクチュエータ１４を駆動し、ブレーキ電源ユニット２２は、１台のロボット１０に搭載される４つのアクチュエータ１４の電磁ブレーキ１６を駆動する。そのため、アンプボード３２を複数枚搭載することにより、アンプボード３２と同数のロボット１０を１台の制御装置１２で制御することができる。これは、複数台の制御装置１２を使う場合に比べ、制御ボード３０が共通のため、各々のロボット１０の各アクチュエータ１４の協調動作を容易に行うことができる。また、複数台のロボット１０に搭載されるアクチュエータ１４の電磁ブレーキ１６を１台の制御装置１２により制御することができるため、各々のロボット１０の各電磁ブレーキ１６の協調動作を容易に行うことができる。

また、本実施の形態では、アンプボード３２は、２枚のアンプボード３２を１組として、パワーモジュール２０同士が対向するように配置され、対向する２つのパワーモジュール２０の間に１つのヒートシンク４６が設けられる。これにより、１つのヒートシンク４６によって、２つのパワーモジュール２０を冷却することができ、制御装置１２の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、ヒートシンク４６に形成された中空部４８は、パワーモジュール２０同士が対向する方向と交差する方向に開口し、中空部４８は筐体２４の外部と連通する。そして、中空部４８の外周面と筐体２４の内周面とにより密閉された空間が形成される。これにより、ヒートシンク４６の中空部４８と、筐体２４内の空間であってヒートシンク４６の外周側の部分の空間とを隔離することができる。そのため、制御装置１２を汚染度の高い環境で使用した場合であっても、ヒートシンク４６の中空部４８内のみに外部の空気が送られ、他の筐体２４内の空間に外部の空気が進入することを防止することができる。よって、中空部４８内には冷涼な空気が供給されてパワーモジュール２０の冷却効果を高めつつ、電子部品３６等が配置されている空間を清浄な環境に保つことができる。したがって、ヒートシンク４６を含めて全体を密閉した場合に比べパワーモジュール２０の冷却効果を高め、制御装置１２の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、制御ボード３０と、２枚のアンプボード３２のうち制御ボード３０と近い側に配置されているアンプボード３２とは、連結部材５０により連結されている。また、ヒートシンク４６は、それぞれのパワーモジュール２０に固定されている。これにより、制御ボード３０と２枚のアンプボード３２とを一体にして、筐体２４内に挿入して、通信ボード２８に接続することができる。

〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

制御装置（１２）は、筐体（２４）と、板状に形成された通信ボード（２８）と、板状に形成され、一辺が前記通信ボード（２８）に取り付けられた制御ボード（３０）と、板状に形成され、一辺が前記通信ボード（２８）に取り付けられ、機器（１０）に搭載されたアクチュエータ（１４）を駆動するパワーモジュール（２０）が搭載されたアンプボード（３２）と、前記アンプボード（３２）を挟んで、前記通信ボード（２８）と反対側に配置され、前記アクチュエータ（１４）の電磁ブレーキ（１６）を駆動するブレーキ電源ユニット（２２）と、を有する。これにより、制御装置（１２）の小型化を図ることができる。

上記の制御装置（１２）であって、前記制御ボード（３０）は、一方の面が前記筐体（２４）の内側側面に対向するように配置され、前記制御ボード（３０）の一方の面に電子部品（３６）が搭載され、前記制御ボード（３０）には、前記制御ボード（３０）の前記一方の面からの高さが、前記一方の面に搭載された前記電子部品（３６）の高さよりも高い保護部材（４４）が搭載されてもよい。これにより、電子部品（３６）の損傷を抑制することができる。

上記の制御装置（１２）であって、前記通信ボード（２８）は、一方の面が前記筐体（２４）の内側側面に対向するように配置され、前記通信ボード（２８）の一方の面に電子部品が搭載され、前記通信ボード（２８）には、前記通信ボード（２８）の前記一方の面からの高さが、前記一方の面に搭載された前記電子部品の高さよりも高い保護部材が搭載されてもよい。これにより、電子部品の損傷を抑制することができる。

上記の制御装置（１２）であって、前記アンプボード（３２）に搭載された前記パワーモジュール（２０）は、１台の前記機器（１０）に搭載される複数の前記アクチュエータ（１４）を駆動し、前記ブレーキ電源ユニット（２２）は、１台の前記機器（１０）に搭載される複数の前記アクチュエータ（１４）の前記電磁ブレーキ（１６）を駆動してもよい。これにより、制御装置（１２）の小型化を図ることができる。

上記の制御装置（１２）であって、前記アンプボード（３２）を複数枚有し、前記ブレーキ電源ユニット（２２）が駆動する前記電磁ブレーキ（１６）の合計数が、前記パワーモジュール（２０）が駆動する１台以上の前記アクチュエータ（１４）の前記電磁ブレーキ（１６）の合計数と同数であってもよい。これにより、制御装置（１２）の小型化を図ることができる。

上記の制御装置（１２）であって、前記アンプボード（３２）は、２枚の前記アンプボード（３２）を１組として、前記パワーモジュール（２０）同士が対向するように配置され、対向する前記パワーモジュール（２０）の間に１つのヒートシンク（４６）を有してもよい。これにより、制御装置（１２）の小型化を図ることができる。

上記の制御装置（１２）であって、前記ヒートシンク（４６）は、内部に中空部（４８）が形成され、前記中空部（４８）は、前記パワーモジュール（２０）同士が対向する方向と交差する方向に向かって開口し、前記ヒートシンク（４６）の外周面と前記筐体（２４）の内側側面とによって、密閉された空間が形成されてもよい。これにより、パワーモジュール（２０）の冷却性能を向上させることができる。

上記の制御装置（１２）であって、前記制御ボード（３０）と、少なくとも１枚の前記アンプボード（３２）とを連結する連結部材（５０）を有してもよい。これにより、制御ボード（３０）とアンプボード（３２）とを一体にして、筐体（２４）内に挿入して、通信ボード（２８）に接続することができる。

１０…ロボット１２…制御装置
１４…アクチュエータ１６…電磁ブレーキ
２０…パワーモジュール２２…ブレーキ電源ユニット
２４…筐体２８…通信ボード
３０…制御ボード３２…アンプボード
３６…電子部品４４…保護部材
４６…ヒートシンク４８…中空部
５０…連結部材

Claims

筐体と、
板状に形成された通信ボードと、
板状に形成され、一辺が前記通信ボードに取り付けられた制御ボードと、
板状に形成され、一辺が前記通信ボードに取り付けられ、機器に搭載されたアクチュエータを駆動するパワーモジュールが搭載されたアンプボードと、
前記アンプボードを挟んで、前記通信ボードと反対側に配置され、前記アクチュエータの電磁ブレーキを駆動するブレーキ電源ユニットと、
を有する、制御装置であって、
前記筐体内に、前記通信ボード、前記制御ボード、前記アンプボード、および、前記ブレーキ電源ユニットを有し、
前記制御ボード、および、前記アンプボードは、前記通信ボードに略直交するように取り付けられている、制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記制御ボードは、一方の面が前記筐体の内側側面に対向するように配置され、
前記制御ボードの一方の面に電子部品が搭載され、
前記制御ボードには、前記制御ボードの前記一方の面からの高さが、前記一方の面に搭載された前記電子部品の高さよりも高い保護部材が搭載される、制御装置。
請求項１または２に記載の制御装置であって、
前記通信ボードは、一方の面が前記筐体の内側側面に対向するように配置され、
前記通信ボードの一方の面に電子部品が搭載され、
前記通信ボードには、前記通信ボードの前記一方の面からの高さが、前記一方の面に搭載された前記電子部品の高さよりも高い保護部材が搭載される、制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記アンプボードに搭載された前記パワーモジュールは、１台の前記機器に搭載される複数の前記アクチュエータを駆動し、
前記ブレーキ電源ユニットは、１台の前記機器に搭載される複数の前記アクチュエータの前記電磁ブレーキを駆動する、制御装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記アンプボードを複数枚有し、
前記ブレーキ電源ユニットが駆動する前記電磁ブレーキの合計数が、前記パワーモジュールが駆動する１台以上の前記アクチュエータの前記電磁ブレーキの合計数と同数である、制御装置。
請求項５に記載の制御装置であって、
前記アンプボードは、２枚の前記アンプボードを１組として、前記パワーモジュール同士が対向するように配置され、
対向する前記パワーモジュールの間に１つのヒートシンクを有する、制御装置。
請求項６に記載の制御装置であって、
前記ヒートシンクは、内部に中空部が形成され、
前記中空部は、前記パワーモジュール同士が対向する方向と交差する方向に向かって開口し、
前記ヒートシンクの外周面と前記筐体の内側側面とによって、密閉された空間が形成される、制御装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記制御ボードと、少なくとも１枚の前記アンプボードとを連結する連結部材を有する、制御装置。