JP7481625B2 - ロボットコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、出力端子に接続される外部の負荷を駆動する負荷駆動回路を備えたロボットコントローラに関する。

従来、ロボットコントローラには、その制御対象となるロボット、そのロボットに関連するプログラマブルロジックコントローラなどの機器が備える負荷を駆動するための負荷駆動回路が搭載されている。なお、本明細書では、プログラマブルロジックコントローラのことをＰＬＣと省略することがある。負荷駆動回路は、一対の共通電源線から供給される電力を用いて負荷を駆動する。

上記した負荷は、ＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様があり、ロボットコントローラのメーカ側ではなく、ユーザ側において用意されることになる。ＮＰＮ仕様の負荷とは、一対の共通電源線のうち高電位側である高電位側共通電源線、つまりプラスコモンとロボットコントローラが備える出力端子との間に接続されるものである。ＰＮＰ仕様の負荷とは、ロボットコントローラが備える出力端子と一対の共通電源線のうち低電位側である低電位側共通電源線、つまりマイナスコモンとの間に接続されるものである。

このような事情から、いずれの仕様の負荷にも対応できるようにするため、ロボットコントローラとしては、ＮＰＮ仕様の負荷を駆動するための負荷駆動回路を備えた構成と、ＰＮＰ仕様の負荷を駆動するための負荷駆動回路を備えた構成と、の２種類の構成をそれぞれ準備しておく必要があった。なお、ＮＰＮ仕様の負荷を駆動するための負荷駆動回路としては、特許文献１、２に開示されているような構成を採用することができる。

特開２０００－２２４０２１号公報 特開２０１１－１１３２２５号公報

上述したように２種類の構成のロボットコントローラを準備する場合、次のような課題が生じる。すなわち、ロボットコントローラを製造するための基板などが増えることになるため、作業工数が増加したり、誤組付けなどの作業ミスが生じる可能性が増加したりするおそれがある。また、この場合、サービス在庫が増加するとともに、負荷の仕様を容易に変更することができない、といった課題も生じる。

これに対し、ＮＰＮ仕様の負荷駆動回路およびＰＮＰ仕様の負荷駆動回路の両方をロボットコントローラに組み込むような構成を採用すれば、ＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様の負荷の両方に対応することが可能となる。しかしながら、このような構成では、負荷を駆動するための回路規模が大幅に増加することから、構成の大型化、製造コストの増加など、別の課題が生じることになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路規模の大幅な増加を招くことなくＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様の負荷の両方に対応することができる負荷駆動回路を備えたロボットコントローラを提供することにある。

請求項１に記載のロボットコントローラは、外部の負荷が接続される複数の出力端子と、一対の共通電源線から供給される電力を用いて負荷を駆動する負荷駆動回路と、を備える。負荷駆動回路は、複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられた複数の出力回路、高電位側イネーブルスイッチ、低電位側イネーブルスイッチおよび駆動制御部を備える。複数の出力回路は、一対の個別電源線と、一対の個別電源線間に出力端子を挟んで接続される相補的な２つのトランジスタと、を含む。

高電位側イネーブルスイッチは、一対の共通電源線のうち高電位側である高電位側共通電源線に接続される高電位側電源端子と複数の出力回路の一対の個別電源線のうち高電位側である高電位側個別電源線との間を開閉する。低電位側イネーブルスイッチは、一対の共通電源線のうち低電位側である低電位側共通電源線に接続される低電位側電源端子と複数の出力回路の一対の個別電源線のうち低電位側である低電位側個別電源線との間を開閉する。

出力回路の２つのトランジスタは、具体的には、例えばＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴとＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴとの組み合わせ、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタとＮＰＮ形バイポーラトランジスタとの組み合わせなどが想定される。このような相補的な２つのトランジスタは、同じ制御信号に基づいて一方をオンさせるとともに他方をオフさせることができる。そこで、駆動制御部は、共通の制御信号に基づいて出力回路の２つのトランジスタを相補的にオンオフする。また、駆動制御部は、高電位側イネーブルスイッチおよび低電位側イネーブルスイッチのオンオフを制御する。

上記構成において、駆動制御部は、高電位側共通電源線および出力端子の間に接続される負荷、つまりＮＰＮ仕様の負荷を負荷駆動回路により駆動するＮＰＮモードと、出力端子および低電位側共通電源線の間に接続される負荷、つまりＰＮＰ仕様の負荷を負荷駆動回路により駆動するＰＮＰモードと、の２つの動作モードのいずれかに設定可能である。駆動制御部は、ＮＰＮモードに設定されると、高電位側イネーブルスイッチをオフするとともに低電位側イネーブルスイッチをオンする。これにより、負荷駆動回路において、高電位側個別電源線が高電位側電源端子から切り離されるとともに、低電位側個別電源線が低電位側電源端子に接続された状態となる。

このような状態において、駆動制御部は、負荷をオン駆動する場合には２つのトランジスタのうち高電位側に設けられた第１トランジスタをオフさせるとともに低電位側に設けられた第２トランジスタをオンさせる制御信号を出力する。これにより、「高電位側共通電源線→負荷→出力端子→第２トランジスタ→低電位側個別電源線→低電位側電源端子→低電位側共通電源線」という通電経路が形成され、一対の共通電源線から負荷に対する電力供給が行われて負荷がオン駆動される。また、上記した状態において、駆動制御部は、負荷をオフ駆動する場合には第１トランジスタをオンさせるとともに第２トランジスタをオフさせる制御信号を出力する。これにより、上記通電経路が形成されなくなることから負荷に対する電力供給が停止されて負荷がオフ駆動される。

駆動制御部は、ＰＮＰモードに設定されると、高電位側イネーブルスイッチをオンするとともに低電位側イネーブルスイッチをオフする。これにより、負荷駆動回路において、高電位側個別電源線が高電位側電源端子に接続されるとともに、低電位側個別電源線が低電位側電源端子から切り離された状態となる。このような状態において、駆動制御部は、負荷をオン駆動する場合には第１トランジスタをオンさせるとともに第２トランジスタをオフさせる制御信号を出力する。

これにより、「高電位側共通電源線→高電位側電源端子→高電位側個別電源線→第１トランジスタ→出力端子→負荷→低電位側共通電源線」という通電経路が形成され、一対の共通電源線から負荷に対する電力供給が行われて負荷がオン駆動される。また、上記した状態において、駆動制御部は、負荷をオフ駆動する場合には第１トランジスタをオフさせるとともに第２トランジスタをオンさせる制御信号を出力する。これにより、上記通電経路が形成されなくなることから負荷に対する電力供給が停止されて負荷がオフ駆動される。

このような構成の負荷駆動回路によれば、駆動制御部の動作モードの設定によりＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様の負荷の両方に対応することが可能となる。この場合、出力回路には２つの相補的なトランジスタが含まれることから、ＮＰＮ仕様またはＰＮＰ仕様の負荷だけに対応した構成の負荷駆動回路の出力回路に比べるとトランジスタが１つ増加することになり、出力回路の数、つまり出力チャンネルの数だけトランジスタが増加することになる。ただし、この場合、２つの相補的なトランジスタは、共通の制御信号に基づいて相補的にオンオフされるようになっている。そのため、この場合、出力回路のトランジスタをオンオフするための制御信号の数、出力回路のトランジスタを駆動するための駆動回路の数については、ＮＰＮ仕様またはＰＮＰ仕様の負荷だけに対応した構成の負荷駆動回路と同じ数に抑えられる。

このように、上記構成によれば、回路規模の大幅な増加を招くことなくＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様の負荷の両方に対応することができるという優れた効果が得られる。なお、この場合、ＮＰＮ仕様またはＰＮＰ仕様の負荷だけに対応した構成の負荷駆動回路に対し、高電位側イネーブルスイッチ、低電位側イネーブルスイッチおよびそれらをオンオフ駆動する駆動回路が追加的に設けられることになるが、これらイネーブルスイッチなどは、出力回路の数に関係なく、それぞれ１つずつ設ければよいことから、これらの追加により回路規模が大幅に増加することはない。

なお、上記構成の負荷駆動回路から高電位側イネーブルスイッチおよび低電位側イネーブルスイッチを省いた構成によっても、上記構成と同様にＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様の負荷の両方に対応することができる。しかし、上記構成において、これらイネーブルスイッチは、ロボットコントローラの動作、ひいては制御対象のロボットの動作の信頼性を良好にするための重要な役割を担っている。すなわち、上記構成の負荷駆動回路によれば、ＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様の負荷の両方に対応できるように回路の共通化が図られているが、ロボットコントローラに搭載される負荷駆動回路としては、単に共通化ができればよいわけではなく、その共通化に伴い負荷が誤動作する可能性が生じるということは絶対に避けなければならない。なぜなら、ロボットコントローラの制御対象であるロボットは、人であるユーザと協働する可能性があるため、負荷の誤動作に起因してロボットが誤動作した場合には極めて重要な問題となるからである。

仮に、上記構成の負荷駆動回路から２つのイネーブルスイッチを省いた場合、次のようなケースにおいて負荷の誤動作が生じるおそれがある。すなわち、負荷の接続および駆動制御部の動作モードの設定はユーザ側で行われることから、誤接続または誤設定が発生する可能性はゼロとはならない。そのため、誤接続または誤設定により動作モードがＮＰＮモードに設定された状態でＰＮＰ仕様の負荷が接続された場合、駆動制御部が負荷をオフ駆動するための制御信号を出力しているにもかかわらずＰＮＰ仕様の負荷に対する通電経路が形成されてしまい、負荷がオン駆動されるという誤動作が生じる。また、誤接続または誤設定により動作モードがＰＮＰモードに設定された状態でＮＰＮ仕様の負荷が接続された場合、駆動制御部が負荷をオフ駆動するための制御信号を出力しているにもかかわらずＮＰＮ仕様の負荷に対する通電経路が形成されてしまい、負荷がオン駆動されるという誤動作が生じる。

これに対し、上記構成の負荷駆動回路では、誤接続または誤設定により動作モードがＮＰＮモードに設定された状態でＰＮＰ仕様の負荷が接続された場合であっても、高電位側イネーブルスイッチがオフされることから、ＰＮＰ仕様の負荷に対する通電経路が形成されることはなく、駆動制御部が負荷をオフ駆動するための制御信号を出力しているにもかかわらず負荷がオン駆動されるという誤動作が生じることはない。また、誤接続または誤設定により動作モードがＰＮＰモードに設定された状態でＮＰＮ仕様の負荷が接続された場合であっても、低電位側イネーブルスイッチがオフされることから、ＮＰＮ仕様の負荷に対する通電経路が形成されることはなく、駆動制御部が負荷をオフ駆動するための制御信号を出力しているにもかかわらず負荷がオン駆動されるという誤動作が生じることはない。このように、上記構成の負荷駆動回路によれば、ＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様の負荷の両方に対応できるように回路の共通化を図りつつ、その共通化に伴う負荷の誤動作を防止することができるという優れた効果が得られる。

一実施形態に係るロボットコントローラおよびＮＰＮ仕様の負荷を備えたＰＬＣの構成を模式的に示す図 一実施形態に係るロボットコントローラおよびＰＮＰ仕様の負荷を備えたＰＬＣの構成を模式的に示す図 一実施形態に係る制御回路の動作モードおよび各部の動作状態を表す図 一実施形態に係るＮＰＮモードに設定されるとともにＮＰＮ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオン駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 一実施形態に係るＮＰＮモードに設定されるとともにＰＮＰ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオン駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 一実施形態に係るＮＰＮモードに設定されるとともにＮＰＮ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオフ駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 一実施形態に係るＮＰＮモードに設定されるとともにＰＮＰ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオフ駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 一実施形態に係るＰＮＰモードに設定されるとともにＰＮＰ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオン駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 一実施形態に係るＰＮＰモードに設定されるとともにＮＰＮ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオン駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 一実施形態に係るＰＮＰモードに設定されるとともにＰＮＰ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオフ駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 一実施形態に係るＰＮＰモードに設定されるとともにＮＰＮ仕様の負荷が接続され状態負荷をオフ駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 第１比較例に係るロボットコントローラおよびＮＰＮ仕様の負荷を備えたＰＬＣの構成を模式的に示す図 第１比較例に係るロボットコントローラおよびＰＮＰ仕様の負荷を備えたＰＬＣの構成を模式的に示す図 第１比較例に係るＮＰＮモードに設定されるとともにＰＮＰ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオフ駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 第１比較例に係るＰＮＰモードに設定されるとともにＮＰＮ仕様の負荷が接続された状態で負荷をオフ駆動する場合の回路状態を模式的に示す図 第２比較例に係るロボットコントローラおよびＮＰＮ仕様の負荷を備えたＰＬＣの構成を模式的に示す図 第２比較例に係るロボットコントローラおよびＰＮＰ仕様の負荷を備えたＰＬＣの構成を模式的に示す図

以下、ロボットコントローラの実施形態について図面を参照して説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態のロボットコントローラ１は、外部の負荷が接続される複数の出力端子Ｐｏと、一対の共通電源線Ｌ１、Ｌ２から供給される電力を用いて上記負荷を駆動する負荷駆動回路２を備えている。なお、図１および図２では、ロボットコントローラ１の一部の構成、具体的には、ロボットコントローラ１のＩ／Ｏ基板に搭載される構成だけが図示されている。

一対の共通電源線Ｌ１、Ｌ２は、所定の直流電圧Ｖａを生成する直流電源の両端にそれぞれ接続されている。一対の共通電源線Ｌ１、Ｌ２のうち、高電位側である共通電源線Ｌ１は高電位側共通電源線に相当するとともに、低電位側である共通電源線Ｌ２は低電位側共通電源線に相当する。ロボットコントローラ１は、一対の共通電源線Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ接続される電源端子ＰＨ、ＰＬを備えている。

ロボットコントローラ１は、通常、２０程度の出力端子Ｐｏを備えているが、図１および図２などでは、それら出力端子Ｐｏのうち５つの出力端子Ｐｏが示されており、それら５つの出力端子Ｐｏを区別するために、符号の末尾に「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」および「Ｅ」を付している。また、出力端子Ｐｏのそれぞれに対応して設けられる各構成および各信号などについても、符号の末尾に同様のアルファベットを付して区別することとする。ただし、これら各構成について、区別する必要がない場合には、末尾のアルファベットを省略して総称することとする。

負荷駆動回路２の駆動対象となる負荷としては、図１に示すＰＬＣ３が備えるＮＰＮ仕様の入力回路４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄおよび４Ｅに含まれる負荷５と、図２に示すＰＬＣ６が備えるＰＮＰ仕様の入力回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄおよび７Ｅに含まれる負荷８と、が想定される。つまり、本実施形態のロボットコントローラ１は、ＮＰＮ仕様およびＰＮＰ仕様の両仕様のＰＬＣ３、６を接続することが可能となっている。この場合、負荷５、８は、例えばフォトカプラの１次側のフォトダイオードとなっている。

ＰＬＣ３、６では、上記フォトカプラの２次側のフォトトランジスタのオンオフ、つまりフォトカプラの出力に応じて所定の動作が行われる。図１に示すように、ＮＰＮ仕様の入力回路４Ａ～４Ｅの各負荷５の高電位側の端子は、ＰＬＣ３が備える端子Ｐ１に接続されている。端子Ｐ１は、共通電源線Ｌ１に接続されている。入力回路４Ａ～４Ｅの各負荷５の低電位側の端子は、ＰＬＣ３が備える端子Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂ、Ｐ２Ｃ、Ｐ２ＤおよびＰ２Ｅにそれぞれ接続されている。端子Ｐ２Ａ～Ｐ２Ｅは、信号線を介してロボットコントローラ１の出力端子ＰｏＡ～ＰｏＥにそれぞれ接続されている。

図２に示すように、ＰＮＰ仕様の入力回路７Ａ～７Ｅの各負荷８の高電位側の端子は、ＰＬＣ６が備える端子Ｐ３Ａ、Ｐ３Ｂ、Ｐ３Ｃ、Ｐ３ＤおよびＰ３Ｅにそれぞれ接続されている。端子Ｐ３Ａ～Ｐ３Ｅは、信号線を介してロボットコントローラ１の出力端子ＰｏＡ～ＰｏＥにそれぞれ接続されている。入力回路７Ａ～７Ｅの各負荷８の低電位側の端子は、ＰＬＣ６が備える端子Ｐ４に接続されている。端子Ｐ４は、共通電源線Ｌ２に接続されている。

負荷駆動回路２は、出力端子ＰｏＡ、ＰｏＢ、ＰｏＣ、ＰｏＤおよびＰｏＥのそれぞれに対応して設けられた複数の出力回路９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄおよび９Ｅ、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬ、駆動回路１０、１１および制御回路１２を備えている。出力回路９は、一対の個別電源線Ｌ３、Ｌ４、相補的な２つのトランジスタＱ１、Ｑ２および駆動回路１３を備えている。一対の個別電源線Ｌ３、Ｌ４のうち、高電位側である個別電源線Ｌ３は高電位側個別電源線に相当するとともに、低電位側である個別電源線Ｌ４は低電位側個別電源線に相当する。

トランジスタＱ１は、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、そのドレインは個別電源線Ｌ３に接続され、そのソースはノードＮ１に接続されている。ノードＮ１は、出力端子Ｐｏに接続されている。トランジスタＱ２は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、そのドレインはノードＮ１に接続され、そのソースは個別電源線Ｌ４に接続されている。このように、出力回路９は、２つの相補的なトランジスタＱ１、Ｑ２が一対の個別電源線Ｌ３、Ｌ４間に出力端子Ｐｏを挟んで接続されたプッシュプル回路の構成となっている。上記構成において、高電位側に設けられたトランジスタＱ１は第１トランジスタに相当し、低電位側に設けられたトランジスタＱ２は第２トランジスタに相当する。

このようなプッシュプル回路の構成の出力回路９において、トランジスタＱ１、Ｑ２は、同じ駆動信号をゲートに与えることで、一方をオンさせるとともに他方のをオフさせることができる。そこで、出力回路９において、トランジスタＱ１、Ｑ２の各ゲートには、駆動回路１３から出力される１つの駆動信号Ｓａが与えられている。そのため、トランジスタＱ１、Ｑ２は、共通の駆動信号Ｓａにより相補的にオンオフされる。

具体的には、駆動信号Ｓａがハイレベルである場合、トランジスタＱ１がオフ駆動されるとともにトランジスタＱ２がオン駆動される。また、駆動信号Ｓａがロウレベルである場合、トランジスタＱ１がオン駆動されるとともにトランジスタＱ２がオフ駆動される。本実施形態では、ハイレベルは、例えば共通電源線Ｌ１の電位に対応するレベルであり、ロウレベルは、例えば共通電源線Ｌ２の電位に対応するレベルとなっている。

出力回路９Ａ～９Ｅの各駆動回路１３は、制御回路１２から与えられる制御信号ＳｂＡ、ＳｂＢ、ＳｂＣ、ＳｂＤおよびＳｂＥに基づいて駆動信号Ｓａを生成して出力する。具体的には、駆動回路１３は、トランジスタＱ１のオフおよびトランジスタＱ２のオンを指令する制御信号Ｓｂが与えられると、ハイレベルの駆動信号Ｓａを生成して出力する。また、駆動回路１３は、トランジスタＱ１のオンおよびトランジスタＱ２のオフを指令する制御信号Ｓｂが与えられると、ロウレベルの駆動信号Ｓａを生成して出力する。

スイッチＳＷＨは、共通電源線Ｌ１に接続される電源端子ＰＨと複数の出力回路９の個別電源線Ｌ３との間に接続されている。スイッチＳＷＨは、電源端子ＰＨと複数の出力回路９の個別電源線Ｌ３との間を開閉する高電位側イネーブルスイッチとして機能する。スイッチＳＷＬは、複数の出力回路９の個別電源線Ｌ４と共通電源線Ｌ２に接続される電源端子ＰＬとの間に接続されている。スイッチＳＷＬは、複数の出力回路９の個別電源線Ｌ４と電源端子ＰＬとの間を開閉する低電位側イネーブルスイッチとして機能する。

本実施形態では、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、リレーにより構成されている。スイッチＳＷＨは、駆動回路１０から出力される駆動信号Ｓｃによりオンオフされる。駆動回路１０は、制御回路１２から与えられる制御信号Ｓｄに基づいて駆動信号Ｓｃを生成して出力する。スイッチＳＷＬは、駆動回路１１から出力される駆動信号Ｓｅによりオンオフされる。駆動回路１１は、制御回路１２から与えられる制御信号Ｓｆに基づいて駆動信号Ｓｅを生成して出力する。

制御回路１２は、例えばＦＰＧＡなどの集積回路として構成されたものであり、制御信号Ｓｂ、ＳｄおよびＳｆを生成して出力する。なお、ＦＰＧＡは、Field Programmable Gate Arrayの略称である。本実施形態では、制御回路１２は、共通の制御信号Ｓｂに基づいて出力回路９の２つのトランジスタＱ１、Ｑ２を相補的にオンオフするとともに、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフを制御する駆動制御部として機能する。制御回路１２は、電源端子ＰＨおよび出力端子Ｐｏの間に接続される負荷５を負荷駆動回路２により駆動するＮＰＮモードと、出力端子Ｐｏおよび電源端子ＰＬの間に接続される負荷８を負荷駆動回路２により駆動するＰＮＰモードと、の２つの動作モードのいずれかに設定可能となっている。

このような動作モードの設定は、ロボットコントローラ１におけるパラメータにより設定することができる。したがって、本実施形態において、動作モードの設定は、ロボットコントローラ１のユーザが、使用する負荷の仕様に合うように容易に設定することができるようになっている。この場合、制御回路１２は、ロボットコントローラ１に対する電源が投入された起動時には、上記動作モードの設定に関係なくスイッチＳＷＨ、ＳＷＬをオフするようになっており、その後、所定時間が経過すると、動作モードの設定に応じてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフを制御するようになっている。

次に、上記構成の作用について説明する。
［１］ＮＰＮモード設定時
制御回路１２の動作モードがＮＰＮモードに設定されたときの各部の動作状態について、図３～図７を参照して説明する。なお、図３などでは、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬがオンされること、トランジスタＱ１、Ｑ２がオン駆動されることおよび負荷５、８がオン駆動されることを「ＯＮ」と表し、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬがオフされること、トランジスタＱ１、Ｑ２がオフ駆動されることおよび負荷５、８がオフ駆動されることを「ＯＦＦ」と表している。

制御回路１２は、ＮＰＮモードに設定されると、スイッチＳＷＨをオフさせるとともにスイッチＳＷＬをオンさせる制御信号Ｓｄ、Ｓｆを出力する。これにより、負荷駆動回路２において、個別電源線Ｌ３が電源端子ＰＨから切り離されるとともに、個別電源線Ｌ４が電源端子ＰＬに接続された状態、つまり出力回路９への電力供給が許可された状態となる。このような状態において、制御回路１２は、負荷５をオン駆動する場合にはトランジスタＱ１をオフさせるとともにトランジスタＱ２をオンさせる制御信号Ｓｂを出力する。

このとき、図４に示すように、動作モードの設定に合致した仕様のＰＬＣ、つまりＮＰＮ仕様のＰＬＣ３がロボットコントローラ１に接続されている場合、負荷駆動回路２により負荷５がオン駆動される。すなわち、この場合、負荷駆動回路２は、図４に示すような回路状態となっている。そのため、「共通電源線Ｌ１→負荷５→出力端子Ｐｏ→トランジスタＱ２→個別電源線Ｌ４→電源端子ＰＬ→共通電源線Ｌ２」という通電経路が形成され、一対の共通電源線Ｌ１、Ｌ２から負荷５に対する電力供給が行われて負荷５がオン駆動される。

これに対し、このとき、図５に示すように、動作モードの設定に合致していない仕様のＰＬＣ、つまりＰＮＰ仕様のＰＬＣ６がロボットコントローラ１に接続されている場合、負荷駆動回路２により負荷８がオン駆動されることはなく、負荷８はオフ駆動される。すなわち、この場合、負荷駆動回路２は、図５に示すような回路状態であり、スイッチＳＷＨがオフされていることから、ＰＮＰ仕様の負荷８に対する通電経路が形成されることはなく、負荷８がオン駆動されることはない。

また、上記した状態において、制御回路１２は、負荷５をオフ駆動する場合にはトランジスタＱ１をオンさせるとともにトランジスタＱ２をオフさせる制御信号Ｓｂを出力する。このとき、図６に示すようにＮＰＮ仕様のＰＬＣ３がロボットコントローラ１に接続されている場合および図７に示すようにＰＮＰ仕様のＰＬＣ６がロボットコントローラ１に接続されている場合のいずれにおいても、負荷駆動回路２により負荷５、８がオフ駆動される。すなわち、この場合、負荷駆動回路２は、図６または図７に示すような回路状態となっている。そのため、ＮＰＮ仕様の負荷５またはＰＮＰ仕様の負荷８に対する通電経路が形成されることはなく、負荷５、８がオフ駆動される。

［２］ＰＮＰモード設定時
制御回路１２の動作モードがＰＮＰモードに設定されたときの各部の動作状態について、図３および図８～図１１を参照して説明する。制御回路１２は、ＰＮＰモードに設定されると、スイッチＳＷＨをオンさせるとともにスイッチＳＷＬをオフさせる制御信号Ｓｄ、Ｓｆを出力する。これにより、負荷駆動回路２において、個別電源線Ｌ３が電源端子ＰＨに接続されるとともに、個別電源線Ｌ４が電源端子ＰＬから切り離された状態、つまり出力回路９への電力供給が許可された状態となる。このような状態において、制御回路１２は、負荷８をオン駆動する場合にはトランジスタＱ１をオンさせるとともにトランジスタＱ２をオフさせる制御信号Ｓｂを出力する。

このとき、図８に示すように、動作モードの設定に合致した仕様のＰＬＣ、つまりＰＮＰ仕様のＰＬＣ６がロボットコントローラ１に接続されている場合、負荷駆動回路２により負荷８がオン駆動される。すなわち、この場合、負荷駆動回路２は、図８に示すような回路状態となっている。そのため、「共通電源線Ｌ１→電源端子ＰＨ→個別電源線Ｌ３→トランジスタＱ１→出力端子Ｐｏ→負荷８→共通電源線Ｌ２」という通電経路が形成され、一対の共通電源線Ｌ１、Ｌ２から負荷８に対する電力供給が行われて負荷８がオン駆動される。

これに対し、このとき、図９に示すように、動作モードの設定に合致していない仕様のＰＬＣ、つまりＮＰＮ仕様のＰＬＣ３がロボットコントローラ１に接続されている場合、負荷駆動回路２により負荷５がオン駆動されることはなく、負荷５はオフ駆動される。すなわち、この場合、負荷駆動回路２は、図９に示すような回路状態であり、スイッチＳＷＬがオフされていることから、ＮＰＮ仕様の負荷５に対する通電経路が形成されることはなく、負荷５がオン駆動されることはない。

また、上記した状態において、制御回路１２は、負荷８をオフ駆動する場合にはトランジスタＱ１をオフさせるとともにトランジスタＱ２をオンさせる制御信号Ｓｂを出力する。このとき、図１０に示すようにＰＮＰ仕様のＰＬＣ６がロボットコントローラ１に接続されている場合および図１１に示すようにＮＰＮ仕様のＰＬＣ３がロボットコントローラ１に接続されている場合のいずれにおいても、負荷駆動回路２により負荷８、５がオフ駆動される。すなわち、この場合、負荷駆動回路２は、図１０または図１１に示すような回路状態となっている。そのため、ＰＮＰ仕様の負荷８またはＮＰＮ仕様の負荷５に対する通電経路が形成されることはなく、負荷８、５がオフ駆動される。

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１が備える負荷駆動回路２によれば、制御回路１２の動作モードの設定によりＮＰＮ仕様の負荷５およびＰＮＰ仕様の負荷８の両方に対応することが可能となる。この場合、出力回路９には２つの相補的なトランジスタＱ１、Ｑ２が含まれることから、ＮＰＮ仕様またはＰＮＰ仕様の負荷だけに対応した従来の構成の負荷駆動回路の出力回路に比べるとトランジスタが１つ増加することになり、出力回路９の数、つまり出力チャンネルの数だけトランジスタが増加することになる。なお、以下の説明では、ＮＰＮ仕様またはＰＮＰ仕様の負荷だけに対応した従来の構成の負荷駆動回路のことを従来構成と称することとする。

ただし、この場合、２つの相補的なトランジスタＱ１、Ｑ２は、共通の制御信号Ｓｂに基づいて相補的にオンオフされるようになっている。そのため、この場合、出力回路９のトランジスタＱ１、Ｑ２をオンオフするための制御信号Ｓｂの数、言い換えると制御回路１２の回路規模およびピン数、出力回路９のトランジスタＱ１、Ｑ２を駆動するための駆動回路１３の数については、従来構成と同じ数に抑えられる。

このように、上記構成によれば、回路規模の大幅な増加を招くことなくＮＰＮ仕様の負荷５およびＰＮＰ仕様の負荷８の両方に対応することができるという優れた効果が得られる。なお、この場合、従来構成に対し、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬおよびそれらをオンオフ駆動する駆動回路１０、１１が追加的に設けられることになるが、これらの構成は、出力回路９の数、つまり出力チャンネルの数に関係なく、それぞれ１つずつ設ければよいことから、これら構成の追加により回路規模が大幅に増加することはない。

また、本実施形態の構成によれば、従来構成に対し、ロボットコントローラ１を製造するための基板の種類が少なくなるため、作業工数が削減されるとともに誤組付けなどの作業ミスが生じる可能性が低く抑えられる。また、本実施形態の構成によれば、ＮＰＮ仕様の負荷５またはＰＮＰ仕様の負荷８のいずれを使用するユーザに対しても同一仕様のロボットコントローラ１を販売可能となることから、サービス在庫を低減することができる。また、この場合、ロボットコントローラ１のパラメータ設定によりＮＰＮ仕様の負荷５およびＰＮＰ仕様の負荷８の両方に対応することが可能であることから、ユーザ側において負荷の仕様を容易に変更することができる。

図１２および図１３に示すように、本実施形態の負荷駆動回路２からスイッチＳＷＨ、ＳＷＬおよび駆動回路１０、１１を省いた構成の負荷駆動回路２１によっても、本実施形態の構成と同様にＮＰＮ仕様の負荷５およびＰＮＰ仕様の負荷８の両方に対応することができる。なお、以下の説明では、負荷駆動回路２１のことを第１比較例と称することとする。しかし、本実施形態の構成において、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、ロボットコントローラ１の動作の信頼性、ひいては制御対象のロボットの動作の信頼性および安全性を良好にするための重要な役割を担っている。

すなわち、本実施形態の負荷駆動回路２によれば、ＮＰＮ仕様の負荷５およびＰＮＰ仕様の負荷８の両方に対応できるように回路、基板の共通化が図られているが、ロボットコントローラ１に搭載される負荷駆動回路２としては、単に共通化ができればよいわけではなく、その共通化に伴い負荷５、８が誤動作する可能性が生じるということは絶対に避けなければならない。なぜなら、ロボットコントローラ１の制御対象であるロボットは、人であるユーザと協働する可能性があるため、負荷５、８の誤動作に起因してロボットが誤動作した場合には極めて重要な問題となるからである。第１比較例の構成では、次のようなケースにおいて負荷５、８の誤動作が生じるおそれがある。すなわち、負荷５、８の接続および制御回路１２の動作モードの設定はユーザ側で行われることから、誤接続または誤設定が発生する可能性はゼロとはならない。

そのため、第１比較例の構成では、図１４に示すように、誤接続または誤設定により動作モードがＮＰＮモードに設定された状態でＰＮＰ仕様の負荷８が接続された場合、制御回路１２が負荷をオフ駆動するための制御信号Ｓｂを出力しているにもかかわらずＰＮＰ仕様の負荷８に対する通電経路が形成されてしまい、負荷８がオン駆動されるという誤動作が生じる。また、第１比較例の構成では、図１５に示すように、誤接続または誤設定により動作モードがＰＮＰモードに設定された状態でＮＰＮ仕様の負荷５が接続された場合、制御回路１２が負荷をオフ駆動するための制御信号Ｓｂを出力しているにもかかわらずＮＰＮ仕様の負荷５に対する通電経路が形成されてしまい、負荷５がオン駆動されるという誤動作が生じる。

これに対し、本実施形態の負荷駆動回路２では、誤接続または誤設定により動作モードがＮＰＮモードに設定された状態でＰＮＰ仕様の負荷８が接続された場合であっても、スイッチＳＷＨがオフされることから、ＰＮＰ仕様の負荷８に対する通電経路が形成されることはなく、制御回路１２が負荷をオフ駆動するための制御信号Ｓｂを出力しているにもかかわらず負荷８がオン駆動されるという誤動作が生じることはない。

また、本実施形態の負荷駆動回路２では、誤接続または誤設定により動作モードがＰＮＰモードに設定された状態でＮＰＮ仕様の負荷５が接続された場合であっても、スイッチＳＷＬがオフされることから、ＮＰＮ仕様の負荷５に対する通電経路が形成されることはなく、制御回路１２が負荷をオフ駆動するための制御信号Ｓｂを出力しているにもかかわらず負荷５がオン駆動されるという誤動作が生じることはない。このように、本実施形態の負荷駆動回路２によれば、ＮＰＮ仕様の負荷５およびＰＮＰ仕様の負荷８の両方に対応できるように回路、基板の共通化を図りつつ、その共通化に伴う負荷５、８の誤動作を防止することができるという優れた効果が得られる。

図１６および図１７に示すように、第１比較例の構成に対し、２つの制御信号Ｓｂ１、Ｓｂ２により２つのトランジスタＱ１、Ｑ２をそれぞれ独立してオンオフさせるような変更が加えられた負荷駆動回路３１によれば、本実施形態の構成と同様、誤接続または誤設定による負荷５、８の誤動作を防止することができると考えられる。なお、以下の説明では、負荷駆動回路３１のことを第２比較例と称することとする。すなわち、第２比較例の負荷駆動回路３１は、第１比較例の構成に対し、出力回路９に代えて出力回路３２が設けられている点、制御回路１２に代えて制御回路３３が設けられている点などが異なっている。

出力回路３２は、トランジスタＱ１を駆動する駆動回路３４およびトランジスタＱ２を駆動する駆動回路３５を備えている。駆動回路３４は、制御回路３３から与えられる制御信号Ｓｂ１に基づいて駆動信号Ｓａ１を生成して出力する。駆動回路３５は、制御回路３３から与えられる制御信号Ｓｂ２に基づいて駆動信号Ｓａ２を生成して出力する。制御回路３３は、制御信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を生成して出力する。このような構成により、第２比較例の負荷駆動回路３１では、トランジスタＱ１、Ｑ２をそれぞれ独立してオンオフすることができる。

したがって、第２比較例によれば、負荷５、８をオフ駆動する際、トランジスタＱ１、Ｑ２の双方をオフ駆動することが可能となり、このようにすれば、誤接続または誤設定により動作モードとは異なる仕様の負荷が接続された場合であっても、制御回路３３が負荷をオフ駆動するための制御信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を出力しているにもかかわらず負荷がオン駆動されるという誤動作が生じることはない。しかし、第２比較例の構成では、次のような問題が生じる。

すなわち、第２比較例の構成では、従来構成に対し、出力チャンネルの数だけ出力回路３２のトランジスタが増加するだけでなく、さらに、出力回路３２のトランジスタＱ１、Ｑ２をオンオフするための制御信号の数、つまり制御回路３３の回路規模およびピン数、出力回路３２のトランジスタＱ１、Ｑ２を駆動するための駆動回路の数が倍増するというデメリットがある。しかも、このようなデメリットは、出力チャンネル数が多くなるほど一層顕著なものとなる。

これに対し、本実施形態の構成によれば、制御回路１２の回路規模およびピン数、出力回路２のトランジスタＱ１、Ｑ２を駆動するための駆動回路１３の数については、従来構成と同じ数に抑えられる。したがって、本実施形態の構成によれば、ＮＰＮ仕様の負荷５およびＰＮＰ仕様の負荷８の両方に対応できるように回路、基板の共通化を図ることを実現しつつ、第１比較例において生じる誤動作の発生を抑制するとともに、第２比較例に比べて回路規模を大幅に低減することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
負荷駆動回路２の駆動対象となる負荷は、ＰＬＣ３、６に設けられるものに限らずともよく、例えばロボットコントローラ１の制御対象となるロボットに設けられる負荷であってもよい。

出力回路９に含まれる２つの相補的なトランジスタＱ１、Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラトランジスタでもよい。つまり、出力回路９に含まれる２つの相補的なトランジスタＱ１、Ｑ２は、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタおよびＮＰＮ形バイポーラトランジスタの組み合わせでもよい。
スイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、例えばＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタ、または、フォトカプラなどにより構成することもできる。

１…ロボットコントローラ、２…負荷駆動回路、５Ａ～５Ｅ、８Ａ～８Ｅ…負荷、９Ａ～９Ｅ…出力回路、１２…制御回路、Ｌ１…共通電源線、Ｌ２…共通電源線、Ｌ３…個別電源線、Ｌ４…個別電源線、ＰｏＡ～ＰｏＥ…出力端子、ＰＨ…電源端子、ＰＬ…電源端子、Ｑ１…トランジスタ、Ｑ２…トランジスタ、ＳＷＨ…スイッチ、ＳＷＬ…スイッチ。

Claims (1)

1. 外部の負荷が接続される複数の出力端子と、一対の共通電源線から供給される電力を用いて前記負荷を駆動する負荷駆動回路と、を備えたロボットコントローラであって、
   前記負荷駆動回路は、
   複数の前記出力端子のそれぞれに対応して設けられ、一対の個別電源線と、前記一対の個別電源線間に前記出力端子を挟んで接続される相補的な２つのトランジスタと、を含む複数の出力回路と、
   前記一対の共通電源線のうち高電位側である高電位側共通電源線に接続される高電位側電源端子と複数の前記出力回路の前記一対の個別電源線のうち高電位側である高電位側個別電源線との間を開閉する高電位側イネーブルスイッチと、
   前記一対の共通電源線のうち低電位側である低電位側共通電源線に接続される低電位側電源端子と複数の前記出力回路の前記一対の個別電源線のうち低電位側である低電位側個別電源線との間を開閉する低電位側イネーブルスイッチと、
   共通の制御信号に基づいて前記出力回路の２つの前記トランジスタを相補的にオンオフするとともに、前記高電位側イネーブルスイッチおよび前記低電位側イネーブルスイッチのオンオフを制御する駆動制御部と、
   を備え、
   前記駆動制御部は、
   前記高電位側電源端子および前記出力端子の間に接続される前記負荷を前記負荷駆動回路により駆動するＮＰＮモードと、前記出力端子および前記低電位側電源端子の間に接続される前記負荷を前記負荷駆動回路により駆動するＰＮＰモードと、の２つの動作モードのいずれかに設定可能であり、
   前記ＮＰＮモードに設定されると、前記高電位側イネーブルスイッチをオフするとともに前記低電位側イネーブルスイッチをオンし、前記負荷をオン駆動する場合には２つの前記トランジスタのうち高電位側に設けられた第１トランジスタをオフさせるとともに低電位側に設けられた第２トランジスタをオンさせる前記制御信号を出力し、前記負荷をオフ駆動する場合には前記第１トランジスタをオンさせるとともに前記第２トランジスタをオフさせる前記制御信号を出力し、
   前記ＰＮＰモードに設定されると、前記高電位側イネーブルスイッチをオンするとともに前記低電位側イネーブルスイッチをオフし、前記負荷をオン駆動する場合には前記第１トランジスタをオンさせるとともに前記第２トランジスタをオフさせる前記制御信号を出力し、前記負荷をオフ駆動する場合には前記第１トランジスタをオフさせるとともに前記第２トランジスタをオンさせる前記制御信号を出力するロボットコントローラ。

Images