(57)【要約】【課題】省配線化しつつ汎用性が高いシステムを容易に構築することが可能な制御システムを提供すること。【解決手段】制御システム１００は、２つのモータ１０９、１１１と、２つのモータ１０９、１１１のそれぞれに接続された２つのモータ制御基板１１０、１１２と、モータ制御基板１１０、１１２が相互に通信接続する通信用配線１１８と、それぞれのモータ制御基板１１０、１１２のＩＣ２０１、２０４と、少なくとも１つのＩＣ２０４に接続されるＩ/Ｏ回路２０５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの制御基板と、
前記制御基板が相互に通信接続する通信用配線と、
それぞれの前記制御基板の情報処理装置と、
少なくとも１つの前記情報処理装置に接続される入出力回路と、
を備える制御システム。
【請求項２】
前記制御基板は、ロボットに内蔵されるモータ制御基板である請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記入出力回路の状態と前記入出力回路を制御する制御命令の内容とが一致しているかどうかを判定する判定部と、
前記入出力回路の状態と前記制御命令の内容とが一致していないと判定された場合に、前記制御命令の内容と前記入出力回路の状態とを一致させる修正命令を生成する修正命令生成部と、
をさらに備える請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記入出力回路が、前記情報処理装置に接続される側とその反対側の間で電圧レベルを変換するレベル変換回路を有している請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項５】
前記入出力回路が、情報処理装置に接続される側とその反対側の間で絶縁するする絶縁回路を有している請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項６】
前記入出力回路が、少なくともアナログデジタル変換器またはデジタルアナログ変換器を有している請求項１または２に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システムに関し、より詳細には、制御基板内の情報処理装置同士が通信用コネクタによって通信する制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の多関節ロボットには、各軸を動かすために必要なインテリジェントモータ（登録商標）、ブレーキおよびエンコーダがロボットアーム内に複数配置されている。この多関節ロボットは、各インテリジェントモータからインテリジェントモータ駆動用配線、各ブレーキからブレーキ解除用配線、各エンコーダからエンコーダ通信用配線が出ている。各配線は、それぞれロボットアーム内を通ってロボット根元に取り付けられたインターフェースパネルまで引き回される。
【０００３】
その他にも、ロボットアーム内を通る配線としては、ロボット先端に取り付けたエンドエフェクタやセンサとの接続を容易にするためのアプリケーション用配線が設けられていることが多い。アプリケーション用配線は、エンドエフェクタの制御用に使用されるため、ロボット先端からロボット根元まで引き回す必要がある。
【０００４】
例えば、アプリケーション用配線の使用例としては、一方はロボット先端から引き出して、エンドエフェクタやセンサに接続し、他方はロボット根本のインターフェースパネルから引き出して、制御盤や生産システム内の制御機器（ＰＬＣなど）が接続される。
【０００５】
なお、上記各配線は従来、ロボットアームの外側に配置されていたが、配線がロボットの動きに合わせて移動する際に、工程内の障害物に引っかかって断線したり、配線が薬品や熱に直接さらされることで被覆が損傷したりするなど、トラブルを招く要因になっていたため、近年はロボットアームの内側に配置する場合が多くなっている。
【０００６】
しかし、上記配線をロボットアームの内側に配置するためには、配線を通すためのスペースを確保する必要があり、ロボットアームが太くなってしまい、小型化ができなくなるという問題がある。この問題に対し、各配線の径を細くしたり、配線そのものを減らしたりして省配線化する技術が提案されている。
【０００７】
このような省配線化する技術として、例えば特許文献１には、複数のインテリジェントモータ等のアクチュエータに直接関連付けられた複数のドライバがＣＡＮ通信可能となるようにデイジーチェーンで接続された負荷制御システムをロボットに適用する技術が開示されている。これにより、複数のインテリジェントモータの制御システム構築が容易になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開第２０１３−０３３３４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の負荷制御システムは、エンドエフェクタを操作（グリッパの開閉）するためには制御盤からＣＡＮ通信で命令を送信しなければならない。そのため、エンドエフェクタは、制御盤が対応している通信方式に対応していなければならず、使えるエンドエフェクタが制限されるという問題がある。
【００１０】
特に、ロボットのエンドエフェクタは単純なデジタル入出力回路（Ｉ/Ｏ：Input/Output回路）で制御されるものがほとんどであり、特許文献１のような通信方式では制御できないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、省配線化しつつ汎用性が高いシステムを容易に構築することが可能な制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明に係る制御システムは、少なくとも２つの制御基板と、制御基板が相互に通信接続する通信用配線と、それぞれの制御基板の情報処理装置と、少なくとも１つの情報処理装置に接続される入出力回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る制御システムによれば、省配線化しつつ汎用性が高い制御システムを容易に構築することができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御システムの構成例を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る制御システムの配線接続例を表すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るインテリジェントモータ制御基板の部分詳細例を表すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る制御システムによる通信制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る制御システム内のＩ/Ｏ回路の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る制御システム内のＩ/Ｏ回路の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る制御システム内のＩ/Ｏ回路の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
【００１６】
＜第１実施形態＞
まず、図１から図３を用いて、本発明の第１実施形態に係る制御システムについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る制御システム１００の構成例を示す模式図である。図２は、本実施形態に係る制御システム１００の配線接続例を表すブロック図である。図３は、本実施形態に係るインテリジェントモータ制御基板１１０、１１２の部分詳細例を表すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、制御システム１００は、一例として、ロボット１０１と、制御盤１０２と、を備えている。ロボット１０１は、ロボット本体部１０３と、第１ロボットアーム部１０４と、第２ロボットアーム部１０５と、を有している。さらに、ロボット１０１は、ロボット本体部１０３と第１ロボットアーム部１０４とを可動可能に接続する第１ロボット関節１０６と、第１ロボットアーム部１０４と第２ロボットアーム部１０５とを可動可能に接続する第２ロボット関節１０７と、を有する。第２ロボットアーム部１０５の先端には、物を把持する等の作業が可能なエンドエフェクタ１０８が取り付けられている。
【００１８】
第１ロボット関節１０６には、第１ロボットアーム部１０４を駆動させるモータ１０９と、モータ１０９の駆動を制御するモータ制御基板１１０と、が内蔵されている。また、第２ロボット関節１０７には、第２ロボットアーム部１０５およびエンドエフェクタ１０８を駆動させるモータ１１１と、モータ１１１の駆動を制御するモータ制御基板１１２と、が内蔵されている。なお、本発明の制御システムが備えるロボットのロボットアーム部および関節の数は本実施形態に限られない。
【００１９】
制御盤１０２とロボット１０１とは、制御盤１０２の電源用接続端子１１３とロボット本体部１０３の電源用接続端子１１４とを介して電源用配線１１５で接続されている。電源用配線１１５は、ロボット１０１内部に延在し、モータ制御基板１１０およびモータ制御基板１１２に接続されている。
【００２０】
さらに、制御盤１０２とロボット１０１とは、制御盤１０２の通信用接続端子１１６とロボット本体部１０３の通信用接続端子１１７とを介して通信用配線１１８で接続されている。通信用配線１１８も、電源用配線１１５と同様に、ロボット１０１内部に延在し、モータ制御基板１１０およびモータ制御基板１１２に接続されている。
【００２１】
第２ロボットアーム部１０５には、その内部を通る配線を外部へ引き回す開口部１１９が設けられ、モータ制御基板１１２とエンドエフェクタ１０８とが、第２ロボットアーム部１０５内を通り開口部１１９から外部へ引き回されたアプリケーション用配線１２０で接続されている。
【００２２】
次に、図２および図３を用いて、制御システム１００の配線接続の一例について説明する。図２に示すように、ロボット１０１が有する第１ロボット関節１０６に内蔵されたモータ１０９は、モータ制御基板１１０と電気的に接続されている。同様に、ロボット１０１が有する第２ロボット関節１０７に内蔵されたモータ１１１は、モータ制御基板１１２と電気的に接続されている。
【００２３】
図３に示すように、モータ制御基板１１０は、情報処理装置であるマイコン等の集積回路（ＩＣ）２０１と、通信用接続端子２０２、２０３と、を備えている。また、モータ制御基板１１２は、ＩＣ２０４と、入出力回路（Ｉ/Ｏ回路）２０５と、通信用接続端子２０６、２０７と、アプリケーション用接続端子２０８と、を備えている。なお、Ｉ/Ｏ回路は、モータ制御基板の外部に配置することもできる。
【００２４】
ＩＣ２０１は、通信用接続端子２０２を介して通信用配線１１８で制御盤１０２と接続されている。また、ＩＣ２０１は、通信用接続端子２０３および２０６を介して通信用配線１１８でモータ制御基板１２０のＩＣ２０４と接続されている。さらに、ＩＣ２０１および２０４は、電源用配線１１５で制御盤１０２と接続されている。
【００２５】
モータ制御基板１１２のＩ/Ｏ回路２０５は、ＩＣ２０４とアプリケーション用配線１２０で接続されている。また、Ｉ/Ｏ回路２０５は、アプリケーション用接続端子２０８を介して通信用配線１１８でエンドエフェクタ１０８と接続されている。Ｉ/Ｏ回路２０５は、情報処理装置であるＩＣ２０４と外部機器を接続するため回路である。Ｉ/Ｏ回路２０５は、ＩＣ２０４と外部機器の電気仕様があえば必要なくてもよい。Ｉ/Ｏ回路２０５の機能としては、例えば、外部機器故障時に外部機器からＩＣ２０４に過電圧や過電流による影響が波及しないために、ＩＣ２０４と外部機器との間を絶縁する機能を有する。また、デジタル信号のＨｉｇｈと認識する閾値電圧がIＣ２０４と外部機器で異なる場合に、相互間の電圧レベルを変換し、正しくデジタル信号を授受できるようにする機能を有する。さらに、外部機器がセンサなどアナログ信号を出力する機器の場合、アナログ信号をデジテル信号に変換し、ＩＣ２０４でセンサ値を取得できるようにする機能を有する。あるいはＩＣ２０４から出力されるデジタル信号をもとに外部機器にアナログ信号を送る機能を有する。なお、モータ制御基板１１０とモータ制御基板１１２との間には、モータ制御基板１１０と同様の構成を備えるモータ制御基板を複数連結させることもできる。
【００２６】
また、図２に示すように、制御盤１０２は、判定部２０９と修正命令生成部２１０とを備えている。ただし、制御システム１００は、判定部２０９および修正命令生成部２１０を制御盤１０２以外の位置に備えることもできる。
【００２７】
判定部２０９は、受信したＩ/Ｏ回路２０５およびアプリケーション用接続端子２０８の状態と制御盤１０２から送信された制御命令の内容とが一致しているかどうかを判定する。
【００２８】
修正命令生成部２１０は、上記制御命令の内容とＩ/Ｏ回路２０５およびアプリケーション用接続端子２０８の状態とを一致させてエラーを修正する修正命令を生成し、その修正命令をＩＣ２０４へ送信する。
【００２９】
次に、図４を用いて、本実施形態に係る制御システム１００を用いた制御処理の流れの一例について説明する。図４は、本実施形態に係る制御システム１００による制御処理の一例を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、Ｓ４０１において、制御盤１０２は通信用配線１１８を経由する通信によりモータ制御基板１１０内のＩＣ２０１と接続し、ＩＣ２０１は通信用配線１１８を経由する通信によりモータ制御基板１１２内のＩＣ２０４と接続して、相互に情報のやり取りを可能にする。
【００３１】
Ｓ４０２において、ＩＣ２０４は、ロボット１０１の手先付近に位置する第２ロボット関節１０７内に配置されたモータ制御基板１１２のＩ/Ｏ回路２０５とアプリケーション用配線１２０を経由して接続し、アプリケーションの送受信を可能にする。
【００３２】
Ｓ４０３において、Ｉ/Ｏ回路２０５は、エンドエフェクタ１０８とアプリケーション用配線１２０を経由して接続し、アプリケーションの送受信ができる状態にする。
【００３３】
Ｓ４０４において、制御盤１０２は、ＩＣ２０４にＩ/Ｏ回路２０５を制御する制御命令を送信する。
【００３４】
Ｓ４０５において、ＩＣ２０４は、受信した制御命令の内容に合わせてＩ/Ｏ回路２０５の出力状態を制御する。
【００３５】
Ｓ４０６において、ＩＣ２０４は、Ｉ/Ｏ回路２０５に接続されるアプリケーション用接続端子２０８の状態を取得し、制御盤１０２にアプリケーション用接続端子２０８の情報を送信する。
【００３６】
Ｓ４０７において、制御盤１０２内の判定部は、受信したＩ/Ｏ回路２０５の状態と送信した制御命令の内容とが一致しているかどうかを判定する。一致している（ＹＥＳの）場合はＥＮＤに進み、一致していない（ＮＯの）場合はＳ４０８に進む。
【００３７】
Ｓ４０８において、制御盤１０２の修正命令生成部は、制御命令の内容とＩ/Ｏ回路２０５の状態とを一致させてエラーを修正する修正命令を生成し、その修正命令をＩＣ２０４へ送信する。ＩＣ２０４は、受信した修正命令の内容に合わせてＩ/Ｏ回路２０５の出力状態を修正する。
【００３８】
ここで、従来、エンドエフェクタを操作するためのアプリケーション用配線は、ロボット内部を通ってロボットの根本にある本体部からロボットのロボットアームの手先まで引き回されていた。
【００３９】
しかしながら、従来の構造は、ロボットの組立工程において、アプリケーション用配線を引き回すのが困難である。また、メンテナンスにおいて、各ロボット関節の軸がアプリケーション用配線で数珠つなぎになり、分解や軸の交換が困難である。また、配線が増えるとその分ロボットアーム等の内径を大きくしなければならず、ロボットの小型化ができない。そこで、内径を維持して無理に各配線との距離を詰めるとロボット関節内の配線の動きが制限されてしまい配線が断線しやすくなるので、組み立て性、メンテナンス性および設計に問題があった。
【００４０】
これらの問題に対し、モータ近傍に取り付けたモータ制御基板を、制御盤からの通信によって制御することでロボットを動かすシステムが検討されている。この各モータ制御基板は、通信用配線でデイジーチェーン接続されている。
【００４１】
これに対し、本実施形態の制御システム１００は、モータ制御基板１１２にＩ/Ｏ回路２０５を取り付けて、通信によって第２ロボットアーム１０５を制御できるようにして、アプリケーション用配線１２０でエンドエフェクタ１０８の操作を可能としている。そして、ロボット本体１０３とロボット本体１０３に接続される第１ロボットアーム１０４内に電源用配線１１５および通信用配線１１８を引き回し、ロボット１０１の先端側の第２ロボットアーム１０５内にはアプリケーション用配線１１９のみを引き回している。
【００４２】
これにより、制御システム１００は、新たにアプリケーション用配線を追加する必要がなく、ロボット１０１の先端側の配線を増やさずにシステムを構築しているため、ロボット１０１に適用可能なエンドエフェクタ１０８やセンサの種類が制限されずに、制御盤１０２とエンドエフェクタ１０８との間でデジタルＩ/Ｏ信号をやり取りすることができる。したがって、制御システム１００によれば、省配線化しつつ汎用性が高い制御システムを容易に構築することができる。
【００４３】
また、制御システム１００によれば、上記構成により、操作性が高いので使いやすく、組立てもしやすい。さらに、メンテナンスも容易に行うことができる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る制御システムについて説明する。図５は、本実施形態に係る制御システムに適用されるＩ/Ｏ回路２１５の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る制御システムは、Ｉ/Ｏ回路２１５のみが第１実施形態に係る制御システム１００と相違し、それ以外の構成は、第１実施形態に係る制御システム１００と同様の構成である。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態のＩ/Ｏ回路２１５は、ＩＣ２０４とエンドエフェクタ１０８との間の使用電圧レベルの差を埋めることが可能なレベル変換回路２１６を備えている。
【００４６】
情報処理装置であるＩＣ２０４は、殆どが３.３Ｖや５.０Ｖの電圧レベルでＯＮ/ＯＦＦ信号をやり取りしているのに対して、エンドエフェクタ１０８（グリッパ、リレー、ラインセンサなど）は、２４Ｖの電圧レベルでＯＮ/ＯＦＦ信号のやり取りをしているため、直接接続してしまうと、ＩＣ２０４が過電圧で故障したり、エンドエフェクタ１０８が電圧不足で反応しなかったりする。
【００４７】
そこで、本実施形態に係る制御システムは、Ｉ/Ｏ回路２１５にレベル変換回路２１６を内蔵することにより、ＩＣ２０４とエンドエフェクタ１０８との間の使用電圧レベルの差を埋めることができる。さらに、本実施形態に係る制御システムは、第１実施形態に係る制御システム１００と同様の効果も得ることができる。
【００４８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る制御システムについて説明する。図６は、本実施形態に係る制御システムに適用されるＩ/Ｏ回路２２５の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る制御システムは、Ｉ/Ｏ回路２２５のみが第１実施形態に係る制御システム１００と相違し、それ以外の構成は、第１実施形態に係る制御システム１００と同様の構成である。
【００４９】
図６に示すように、本実施形態のＩ/Ｏ回路２２５は、ＩＣ２０４とエンドエフェクタ１０８との間を電気的に分離する絶縁回路２２６を備えている。絶縁回路２２６は、一例として、電気信号を一度光信号に変換して相手側に伝えるフォトカプラを用いることができる。
【００５０】
ＩＣ２０４とエンドエフェクタ１０８とが直結されていると、エンドエフェクタ１０８が電線ショートなどの故障を起こしたときに、ショートによる過電流がＩＣ２０４側まで流れてＩＣ２０４が故障してしまう場合がある。
【００５１】
そこで、本実施形態に係る制御システムは、Ｉ/Ｏ回路２２５に絶縁回路２２６を内蔵することにより、ＩＣ２０４とエンドエフェクタ１０８との間を電気的に分離することができる。さらに、本実施形態に係る制御システムは、第１実施形態に係る制御システム１００と同様の効果も得ることができる。
【００５２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る制御システムについて説明する。図７は、本実施形態に係る制御システムに適用されるＩ/Ｏ回路２３５の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る制御システムは、Ｉ/Ｏ回路２３５のみが第１実施形態に係る制御システム１００と相違し、それ以外の構成は、第１実施形態に係る制御システム１００と同様の構成である。
【００５３】
図７に示すように、本実施形態のＩ/Ｏ回路２３５は、ＩＣ２０４とエンドエフェクタ１０８との間のアナログ信号とデジタル信号とを相互に変換するデジタルアナログ変換器２３６およびアナログデジタル変換器２３７を備えている。
【００５４】
ＩＣ２０４は、ほとんどがデジタル信号の授受しかできないが、センサ値の取得をしたり、ライトの出力をなめらかに制御したりすることが望まれる場合がある。しかしながら、センサやライトは、アナログ信号での授受しかできない。
【００５５】
そこで、本実施形態に係る制御システムは、Ｉ/Ｏ回路２３５にデジタルアナログ変換器２３６およびアナログデジタル変換器２３７を内蔵することにより、ＩＣ２０４とエンドエフェクタ１０８との間のアナログ信号とデジタル信号とを相互に変換することができる。さらに、本実施形態に係る制御システムは、第１実施形態に係る制御システム１００と同様の効果も得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、産業用ロボットアームに内蔵する制御装置等に適用できる制御システムであり、産業上の利用可能性を有するものである。
【符号の説明】
【００５７】
１００  制御システム
１０１  ロボット
１０２  制御盤
１０３  ロボット本体
１０４、１０５  ロボットアーム
１０６、１０７  ロボット関節
１０８  エンドエフェクタ
１０９、１１１  モータ
１１０、１１２  モータ制御基板
１１３、１１４  電源用接続端子
１１５  電源用配線
１１６、１１７、２０２、２０３、２０６、２０７  通信用接続端子
１１８  通信用配線
１１９  開口部
１２０  アプリケーション用配線
２０１、２０４  ＩＣ
２０５、２１５、２２５、２３５  Ｉ/Ｏ回路
２０８  アプリケーション用接続端子
２０９  判定部
２１０  修正命令生成部
２１６  レベル変換回路
２２６  絶縁回路
２３６  デジタルアナログ変換器
２３７  アナログデジタル変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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