(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位コントローラと通信するための通信回路と、前記上位コントローラからの指令をもとに装置を統括して制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵが動作するためのプログラム情報と処理情報を格納するメモリと、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵのパラレルバスと前記通信回路の通信インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＡと、
モータ駆動信号を生成するサーボ制御回路と、前記モータ駆動信号を電力変換するパワー回路と、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵとのデータ受渡しのための前記サーボ制御回路のパラレルバスとシリアルバスの２つのインターフェイスと位置検出器信号線を接続するためのインターフェイスとアナログ指令とパルス指令の入力インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＢと、
前記モジュールＡを接続するためのモジュールＡ用コネクタと、前記モジュールＢを接続するためのモジュールＢ用コネクタと、前記上位コントローラに接続するための通信線用コネクタと、前記外部電源の電源線用コネクタと、モータパワー線用コネクタと、
複数の位置検出器信号線用コネクタとを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板の１個の前記モジュールＡ用コネクタと複数の前記モジュールＢ用コネクタを介して、前記モジュールＡと前記モジュールＢを１対多接続で前記モジュールＡのＣＰＵのパラレルバスにて相互に接続し、多軸構成としたことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
上位コントローラと通信するための通信回路と、前記上位コントローラからの指令をもとに装置を統括して制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵが動作するためのプログラム情報と処理情報を格納するメモリと、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵのパラレルバスと前記通信回路の通信インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＡと、
モータ駆動信号を生成するサーボ制御回路と、前記モータ駆動信号を電力変換するパワー回路と、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵとのデータ受渡しのための前記サーボ制御回路のパラレルバスとシリアルバスの２つのインターフェイスと位置検出器信号線を接続するためのインターフェイスとアナログ指令とパルス指令の入力インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＢと、
前記モジュールＡを接続するためのモジュールＡ用コネクタと、前記モジュールＢを接続するためのモジュールＢ用コネクタと、前記上位コントローラに接続するための通信線用コネクタと、前記外部電源の電源線用コネクタと、モータパワー線用コネクタと、位置検出器信号線用コネクタとを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板の前記モジュールＡ用コネクタと前記モジュールＢ用コネクタを介して、前記モジュールＡと前記モジュールＢを、前記ＣＰＵのパラレルバスにて相互に接続して構成したことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項３】
上位コントローラと通信するための通信回路と、前記上位コントローラからの指令をもとに装置を統括して制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵが動作するためのプログラム情報と処理情報を格納するメモリと、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵのパラレルバスと前記通信回路の通信インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＡと、
モータ駆動信号を生成するサーボ制御回路と、前記モータ駆動信号を電力変換するパワー回路と、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵとのデータ受渡しのための前記サーボ制御回路のパラレルバスとシリアルバスの２つのインターフェイスと位置検出器信号線を接続するためのインターフェイスとアナログ指令とパルス指令の入力インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＢと、
複数の前記モジュールＡを接続するためのモジュールＡ用コネクタと、複数の前記モジュールＢを接続するためのモジュールＢ用コネクタと、前記上位コントローラに接続するための通信線用コネクタと、前記外部電源の電源線用コネクタと、複数のモータパワー線用コネクタと、複数の位置検出器信号線用コネクタとを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板の前記モジュールＡ用コネクタと前記モジュールＢ用コネクタを介して、前記モジュールＡと前記モジュールＢを、１対１接続で前記モジュールＡの各ＣＰＵのパラレルバスにて相互に接続し、前記モジュールＢの数だけ前記モータパワー線用コネクタと前記位置検出器信号線用コネクタを設けて多軸構成としたことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項４】
１個の前記モジュールＡ用コネクタと、複数の前記モジュールＢ用コネクタと、前記通信線用コネクタと、前記電源線用コネクタと、複数の前記モータパワー線用コネクタと、複数の前記位置検出器信号線用コネクタと、前記ＣＰＵのパラレルバスを複数ポートのシリアルバスに相互変換するパラレルシリアル変換回路と、前記パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路とを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板に設けられた前記シリアルバスを１ポートずつ前記モジュールＢ用コネクタを介して前記モジュールＢに接続し、前記モジュールＡ用コネクタに前記モジュールＡを接続して多軸構成としたことを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
【請求項５】
前記キャリア基板に拡張用パラレルシリアル変換回路と、該拡張用パラレルシリアル変換回路からのシリアルバスを外部拡張する複数の拡張用シリアルバス通信用コネクタとを設けたマスタキャリア基板を有し、前記マスタキャリア基板の前記パラレルシリアル変換回路からのシリアルバスを、１ポートずつ前記モジュールＢ用コネクタを介して前記モジュールＢに接続し、前記モジュールＡ用コネクタに前記モジュールＡを接続して構成したマスタ用サーボ制御装置と、
複数の前記モジュールＢ用コネクタと、前記電源線用コネクタと、複数の前記モータパワー線用コネクタと、複数の前記位置検出器信号線用コネクタと、前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとを搭載したスレーブキャリア基板を有し、前記スレーブキャリア基板の前記拡張用シリアルバス通信用コネクタからのシリアルバスを１ポートずつ前記モジュールＢ用コネクタを介して前記モジュールＢに接続して構成したスレーブ用サーボ制御装置とを、
拡張用シリアルバス通信線にて相互に接続して多軸構成としたことを特徴とする請求項４に記載のサーボ制御装置。
【請求項６】
前記マスタキャリア基板に、前記拡張用パラレルシリアル変換回路の拡張用シリアルバスからのＴＴＬ信号を差動信号に変換する差動トランシーバ回路を設け、前記スレーブキャリア基板に、前記拡張用シリアルバス通信用コネクタに接続されたシリアルバスからの差動信号をＴＴＬ信号に変換する差動トランシーバ回路を設けたことを特徴とする請求項５に記載のサーボ制御装置。
【請求項７】
前記マスタキャリア基板に、前記拡張用パラレルシリアル変換回路の拡張用シリアルバスからの電気信号を光信号に変換する光電変換回路を設け、前記スレーブキャリア基板に、前記拡張用シリアルバス通信用コネクタに接続されたシリアルバスからの光信号を電気信号に変換する光電変換回路を設けたことを特徴とする請求項５に記載のサーボ制御装置。
【請求項８】
前記マスタキャリア基板の前記拡張用パラレルシリアル変換回路と前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとの間に、複数のシリアルバスを高速シリアルバスに変換するための高速パラレルシリアル変換回路を設け、前記スレーブキャリア基板の前記モジュールＢ用コネクタと前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとの間に、前記高速パラレルシリアル変換回路を設けたことを特徴とする請求項５に記載のサーボ制御装置。
【請求項９】
前記高速パラレルシリアル変換回路と前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとの間に、差動トランシーバ回路を設けたことを特徴とする請求項８に記載のサーボ制御装置。
【請求項１０】
前記高速パラレルシリアル変換回路と前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとの間に、光電変換回路を設けたことを特徴とする請求項８に記載のサーボ制御装置。
【請求項１１】
位置検出器の信号処理回路と入出力回路と、前記各回路に電源を供給する電源回路と、センサ信号用コネクタと、外部電源からの供給電源と前記入出力回路の信号を接続するコネクタとを搭載して構成したモジュールＣを、前記位置検出器信号線用コネクタの代わりに、前記モジュールＣを接続するモジュールＣ用コネクタを設けて接続したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１２】
前記モジュールＢに、位置検出器の信号処理回路と入出力回路とを搭載してモジュールＤとし、前記モジュールＢ用コネクタをモジュールＤ用コネクタに置き換えて、前記モジュールＤを接続し、前記位置検出器信号線用コネクタをセンサ信号用コネクタに置き換えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１３】
前記キャリア基板または前記マスタキャリア基板に搭載したパラレルシリアル変換回路と該パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路に置き換えて、前記パラレルシリアル変換回路と、該パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路とから成り、パラレルバスとシリアルバスのインターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載したモジュールＥを、モジュールＥ用コネクタを介して、前記キャリア基板または前記マスタキャリア基板に接続したことを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１４】
前記キャリア基板に搭載したパラレルシリアル変換回路と該パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路に置き換えて、前記パラレルシリアル変換回路と、該パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路とから成り、パラレルバスとシリアルバスのインターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載したモジュールＥを、モジュールＥ用コネクタを介して、前記キャリア基板に接続したことを特徴とする請求項４に記載のサーボ制御装置。
【請求項１５】
装置を統括して制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵが動作するためのプログラム情報と処理情報を格納するメモリと、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵのパラレルバスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＡ１と、
モータ駆動信号を生成するサーボ制御回路と、前記モータ駆動信号を電力変換するパワー回路と、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵとのデータ受渡しのための前記サーボ制御回路のパラレルバスとシリアルバスの２つのインターフェイスと位置検出器信号線を接続するためのインターフェイスとアナログ指令とパルス指令の入力インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＢと、
前記モジュールＡ１を接続するためのモジュールＡ１用コネクタと、前記モジュールＢを接続するためのモジュールＢ用コネクタと、上位コントローラのアナログ指令を入力するアナログ指令線用コネクタと、前記外部電源の電源線用コネクタと、モータパワー線用コネクタと、位置検出器信号線用コネクタとを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板の前記モジュールＡ１用コネクタと前記モジュールＢ用コネクタを介して、前記モジュールＡ１と前記モジュールＢを、前記ＣＰＵのパラレルバスにて相互に接続して構成したことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項１６】
前記アナログ指令線用コネクタに置き換えて、前記上位コントローラのパルス指令を入力するパルス指令線用コネクタを有することを特徴とする請求項１５に記載のサーボ制御装置。
【請求項１７】
前記キャリア基板または前記マスタキャリア基板に、Ｉ／Ｏ機能を有しパラレルバスもしくはシリアルバスとＩ／Ｏインターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載したモジュールＢ１を、モジュールＢ１用コネクタを介して接続すると共に、Ｉ／Ｏ用コネクタを設けたことを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１８】
前記キャリア基板に、Ｉ／Ｏ機能を有しパラレルバスもしくはシリアルバスとＩ／Ｏインターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載したモジュールＢ１を、モジュールＢ１用コネクタを介して接続すると共に、Ｉ／Ｏ用コネクタを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１９】
前記モジュールＡの外形寸法は、前記モジュールＢと同寸法かあるいは約１／２以下の寸法であることを特徴とする請求項２または３に記載のサーボ制御装置。
【請求項２０】
モジュールＣとモジュールＤとモジュールＥは前記モジュールＡと同一寸法であることを特徴とする請求項１９に記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＡ機器やロボット等の複数のモータを制御するシステムで利用される小形のサーボ制御装置の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＦＡ機器、ロボット等の複数のモータを制御するシステムでは、利用されるアプリケーションに応じた外部インターフェイスを持ち、モータ軸数やモータ容量などに応じて複数のサーボ制御装置から構成されている。一般的な製品では、１つのサーボ制御装置で種々のサーボモータを制御できるように考えられており、このため複数の外部インターフェイス回路を搭載することで寸法的に大きな製品となってしまっている。
最近の汎用サーボ制御装置の中には、実際には使用しない不必要な回路を取り外し、基本機能部と外部Ｉ／Ｆ部に分けて装置を構成するものがある(例えば、特許文献１参照)。    先ず、図１８にて従来例の単軸用のサーボ制御装置について説明する。
このサーボ制御装置では、複数のブロックから構成される基本機能部１００と、上位装置とのインターフェイスを行なうための外部Ｉ／Ｆ部１５０から構成されている。基本機能部１００は、主な制御処理を行なう主制御部１１０と、モータを駆動するためのパワー回路が搭載されたモータ駆動部１２０と、外部から入力された電源を各ブロックに供給するための電源供給部１４０と、制御のパラメータ設定や状態を表示するための表示操作部１３０というブロックから構成されている。
このような構成にすることで、汎用性を維持しながら装置の構成を簡単にし、操作性を向上させたことを特徴としたものである。
【０００３】
また、制御モジュールと電源モジュールに分割した３軸構成のサーボ制御装置がある(例えば、特許文献２参照)。図１９にて従来例の多軸用（ここでは３軸用）のサーボ制御装置について説明する。
このサーボ制御装置では、制御モジュール２００に、主な制御処理を行なうＤＳＰ２０４と、上位コントローラとの通信を行なうための通信インターフェイス２０２と、モータへのＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ生成器２０６と、エンコーダからの情報を処理する位置／速度検出器２０７と、モータパワー部の電流検出を行なう電流検出器２０５と、外部Ｉ／Ｏの処理を行なうＩ／Ｏ装置２０１と、サーボ制御の状態を示す表示装置２０３とが内蔵されている。
また、電源モジュール２１０には、モータへの電力供給を行なうインバータ部２１１と、インバータ部２１１から出力されるモータ線に流れる電流を感知する電流感知器２１２と、外部ＡＣ電源からＤＣ電源に平滑するコンバータ部２１３とから構成され、３軸のモータを駆動できるようになっている。
このような構成にすることで、共通ブロックを利用して３軸のモータ制御が可能となり、単軸構成のシステムよりも低コスト化でき、配線および組立工数も削減できることを特徴としている。
【特許文献１】特開平９−１７９６０６（第９頁、図１）
【特許文献２】特開２００８−１７５５３（第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１８に示すような、従来の単軸用サーボ制御装置では、ロボットのような複数のモータを制御する場合、モータの軸数分のサーボ制御装置が必要となる。モータ単軸のサーボ制御装置を利用してロボットを構成すると、各サーボ制御装置に共通の回路を持つ冗長なシステムとなる。各サーボ制御装置間の接続を見ると、通信ケーブルや電源ケーブルの配線がサーボ制御装置の台数分必要となり膨大な本数となる。これらのことから、従来のサーボ制御装置を使用することは、システム全体の外形寸法を大きなものとし、小形システムを実現する際の問題点となる。
また、バッテリで駆動するような移動ロボットを考えると、バッテリの長寿命化のために消費電力の低減は重要なものであるが、前記のような冗長な回路を持つことは、消費電力を抑えたシステムを実現する際の問題点となるとともに、発熱問題の要因にもなる。さらに、前記の冗長回路は、システム全体として低コスト化を実現する際の問題点となる。
【０００５】
図１９に示すような、従来のサーボ制御装置は、モータ３軸まとめ専用のサーボ制御装置となっている。このようにモータ軸数が３軸に固定されたサーボ制御装置では、モータの軸数が４軸や５軸などのシステムを構成したい場合、複数台の３軸まとめサーボ制御装置を利用して、一部の回路を未使用としたシステムを構成することになり無駄な回路を持ったシステムとなってしまい、小形システムを実現する際の問題点となる。
また、上述の３軸まとめのサーボ制御装置では、１つのＤＳＰ(プロセッサ)で複数軸のサーボ制御演算を処理することになるため、高性能化を実現することができない。高性能化を実現するために、高速なプロセッサを利用した制御モジュールを構成することが考えられえるが、プロセッサの動作周波数を高速化することで消費電力と発熱の増大や、ノイズ問題の要因となる。
さらに、制御モジュールと電源モジュール間の接続をモータ駆動用のＰＷＭ信号と電流検出用の信号にて行なっている。これは、モータの容量が変わると、電流検出用の信号検出レベルも変更となるため、汎用性のないインターフェイスとなっている。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ＦＡ機器、ロボット等の複数のモータを利用する多軸構成のサーボシステムを、単軸／多軸のモータ構成に対応して柔軟に組み合わせて実現でき、さらに、小形化と高性能化と熱対策を含めた低消費電力化を容易に設計可能とするサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載のサーボ制御装置の発明は、上位コントローラと通信するための通信回路と、前記上位コントローラからの指令をもとに装置を統括して制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵが動作するためのプログラム情報と処理情報を格納するメモリと、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵのパラレルバスと前記通信回路の通信インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＡと、
モータ駆動信号を生成するサーボ制御回路と、前記モータ駆動信号を電力変換するパワ
ー回路と、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵとのデータ受渡しのため
の前記サーボ制御回路のパラレルバスとシリアルバスの２つのインターフェイスと位置検
出器信号線を接続するためのインターフェイスとアナログ指令とパルス指令の入力インタ
ーフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュー
ルＢと、
前記モジュールＡを接続するためのモジュールＡ用コネクタと、前記モジュールＢを接続するためのモジュールＢ用コネクタと、前記上位コントローラに接続するための通信線用コネクタと、前記外部電源の電源線用コネクタと、モータパワー線用コネクタと、
複数の位置検出器信号線用コネクタとを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板の１個の前記モジュールＡ用コネクタと複数の前記モジュールＢ用コネクタを介して、前記モジュールＡと前記モジュールＢを１対多接続で前記モジュールＡのＣＰＵのパラレルバスにて相互に接続し、多軸構成としたものである。
【０００７】
請求項２に記載のサーボ制御装置の発明は、上位コントローラと通信するための通信回路と、前記上位コントローラからの指令をもとに装置を統括して制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵが動作するためのプログラム情報と処理情報を格納するメモリと、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵのパラレルバスと前記通信回路の通信インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＡと、
モータ駆動信号を生成するサーボ制御回路と、前記モータ駆動信号を電力変換するパワ
ー回路と、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵとのデータ受渡しのため
の前記サーボ制御回路のパラレルバスとシリアルバスの２つのインターフェイスと位置検
出器信号線を接続するためのインターフェイスとアナログ指令とパルス指令の入力インタ
ーフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュー
ルＢと、
前記モジュールＡを接続するためのモジュールＡ用コネクタと、前記モジュールＢを接
続するためのモジュールＢ用コネクタと、前記上位コントローラに接続するための通信線
用コネクタと、前記外部電源の電源線用コネクタと、モータパワー線用コネクタと、位置
検出器信号線用コネクタとを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板の前記モジュールＡ用コネクタと前記モジュールＢ用コネクタを介
して、前記モジュールＡと前記モジュールＢを、前記ＣＰＵのパラレルバスにて相互に接
続して構成したものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、上位コントローラと通信するための通信回路と、前記上位コントローラからの指令をもとに装置を統括して制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵが動作するためのプログラム情報と処理情報を格納するメモリと、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵのパラレルバスと前記通信回路の通信インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＡと、
モータ駆動信号を生成するサーボ制御回路と、前記モータ駆動信号を電力変換するパワ
ー回路と、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵとのデータ受渡しのため
の前記サーボ制御回路のパラレルバスとシリアルバスの２つのインターフェイスと位置検
出器信号線を接続するためのインターフェイスとアナログ指令とパルス指令の入力インタ
ーフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュー
ルＢと、
複数の前記モジュールＡを接続するためのモジュールＡ用コネクタと、複数の前記モジ
ュールＢを接続するためのモジュールＢ用コネクタと、前記上位コントローラに接続する
ための通信線用コネクタと、前記外部電源の電源線用コネクタと、複数のモータパワー線
用コネクタと、複数の位置検出器信号線用コネクタとを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板の前記モジュールＡ用コネクタと前記モジュールＢ用コネクタを介
して、前記モジュールＡと前記モジュールＢを、１対１接続で前記モジュールＡの各ＣＰ
Ｕのパラレルバスにて相互に接続し、前記モジュールＢの数だけ前記モータパワー線用コ
ネクタと前記位置検出器信号線用コネクタを設けて多軸構成としたものである。
請求項４に記載の発明は請求項１記載のサーボ制御装置において、１個の前記モジュールＡ用コネクタと、複数の前記モジュールＢ用コネクタと、前記通信線用コネクタと、前記電源線用コネクタと、複数の前記モータパワー線用コネクタと、複数の前記位置検出器信号線用コネクタと、前記ＣＰＵのパラレルバスを複数ポートのシリアルバスに相互変換するパラレルシリアル変換回路と、前記パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路とを搭載したキャリア基板を有し、
前記キャリア基板に設けられた前記シリアルバスを１ポートずつ前記モジュールＢ用
コネクタを介して前記モジュールＢに接続し、前記モジュールＡ用コネクタに前記モジュ
ールＡを接続して多軸構成としたものである。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のサーボ制御装置において、前記キャリア基板４に拡張用パラレルシリアル変換回路と、該拡張用パラレルシリアル変換回路からのシリアルバスを外部拡張する複数の拡張用シリアルバス通信用コネクタとを設けたマスタキャリア基板を有し、前記マスタキャリア基板の前記パラレルシリアル変換回路からのシリアルバスを、１ポートずつ前記モジュールＢ用コネクタを介して前記モジュールＢに接続し、前記モジュールＡ用コネクタに前記モジュールＡを接続して構成したマスタ用サーボ制御装置と、
複数の前記モジュールＢ用コネクタと、前記電源線用コネクタと、複数の前記モータパワー線用コネクタと、複数の前記位置検出器信号線用コネクタと、前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとを搭載したスレーブキャリア基板を有し、前記スレーブキャリア基板の前記拡張用シリアルバス通信用コネクタからのシリアルバスを１ポートずつ前記モジュールＢ用コネクタを介して前記モジュールＢに接続して構成したスレーブ用サーボ制御装置とを、
拡張用シリアルバス通信線にて相互に接続して多軸構成としたものである。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のサーボ制御装置において、前記マスタキャリア基板に、前記拡張用パラレルシリアル変換回路の拡張用シリアルバスからのＴＴＬ信号を差動信号に変換する差動トランシーバ回路を設け、前記スレーブキャリア基板に、前記拡張用シリアルバス通信用コネクタに接続されたシリアルバスからの差動信号をＴＴＬ信号に変換する差動トランシーバ回路を設けたものである。
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のサーボ制御装置において、前記マスタキャリア基板に、前記拡張用パラレルシリアル変換回路の拡張用シリアルバスからの電気信号を光信号に変換する光電変換回路を設け、前記スレーブキャリア基板に、前記拡張用シリアルバス通信用コネクタに接続されたシリアルバスからの光信号を電気信号に変換する光電変換回路を設けたものである。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のサーボ制御装置において、前記マスタキャリア基板の前記拡張用パラレルシリアル変換回路と前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとの間に、複数のシリアルバスを高速シリアルバスに変換するための高速パラレルシリアル変換回路を設け、前記スレーブキャリア基板の前記モジュールＢ用コネクタと前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとの間に、前記高速パラレルシリアル変換回路を設けたものである。
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のサーボ制御装置において、前記高速パラレルシリアル変換回路と前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとの間に、差動トランシーバ回路を設けたものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載のサーボ制御装置において、前記高速パラレルシリアル変換回路と前記拡張用シリアルバス通信用コネクタとの間に、光電変換回路を設けたものである。
【００１２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のサーボ制御装置において、位置検出器の信号処理回路と入出力回路と、前記各回路に電源を供給する電源回路と、センサ信号用コネクタと、外部電源からの供給電源と前記入出力回路の信号を接続するコネクタとを搭載して構成したモジュールＣを、前記位置検出器信号線用コネクタの代わりに、前記モジュールＣを接続するモジュールＣ用コネクタを設けて接続したものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のサーボ制御装置において、前記モジュールＢに、位置検出器の信号処理回路と入出力回路とを搭載してモジュールＤとし、前記モジュールＢ用コネクタをモジュールＤ用コネクタに置き換えて、前記モジュールＤを接続し、前記位置検出器信号線用コネクタをセンサ信号用コネクタに置き換えたものである。
【００１３】
請求項１３に記載の発明は、請求項５乃至１０のいずれかに記載のサーボ制御装置において、前記キャリア基板４または前記マスタキャリア基板に搭載したパラレルシリアル変換回路と該パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路に置き換えて、前記パラレルシリアル変換回路と、該パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路とから成り、パラレルバスとシリアルバスのインターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載したモジュールＥを、モジュールＥ用コネクタを介して、前記キャリア基板または前記マスタキャリア基板に接続したものである。
請求項１４に記載の発明は、請求項４に記載のサーボ制御装置において、前記キャリア基板に搭載したパラレルシリアル変換回路と該パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路に置き換えて、前記パラレルシリアル変換回路と、該パラレルシリアル変換回路に電源を供給する電源回路とから成り、パラレルバスとシリアルバスのインターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載したモジュールＥを、モジュールＥ用コネクタを介して、前記キャリア基板に接続したものである。
【００１４】
請求項１５に記載のサーボ制御装置の発明は、装置を統括して制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵが動作するためのプログラム情報と処理情報を格納するメモリと、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵのパラレルバスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＡ１と、
モータ駆動信号を生成するサーボ制御回路と、前記モータ駆動信号を電力変換するパワー回路と、制御電源を供給する電源回路とから成り、前記ＣＰＵとのデータ受渡しのための前記サーボ制御回路のパラレルバスとシリアルバスの２つのインターフェイスと位置検出器信号線を接続するためのインターフェイスとアナログ指令とパルス指令の入力インターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載して構成したモジュールＢと、
前記モジュールＡ１を接続するためのモジュールＡ１用コネクタと、前記モジュールＢを接続するためのモジュールＢ用コネクタと、上位コントローラのアナログ指令を入力するアナログ指令線用コネクタと、前記外部電源の電源線用コネクタと、モータパワー線用コネクタと、位置検出器信号線用コネクタとを搭載したキャリア基板５を有し、
前記キャリア基板５の前記モジュールＡ１用コネクタと前記モジュールＢ用コネクタを介して、前記モジュールＡ１と前記モジュールＢを、前記ＣＰＵのパラレルバスにて相互に接続して構成したものである。
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載のサーボ制御装置において、前記アナログ指令線用コネクタに置き換えて、前記上位コントローラのパルス指令を入力するパルス指令線用コネクタを有するものである。
【００１５】
請求項１７に記載の発明は、請求項５乃至１０のいずれかに記載のサーボ制御装置において、前記キャリア基板１乃至４または前記マスタキャリア基板に、Ｉ／Ｏ機能を有しパラレルバスもしくはシリアルバスとＩ／Ｏインターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載したモジュールＢ１を、モジュールＢ１用コネクタを介して接続すると共に、Ｉ／Ｏ用コネクタを設けたものである。
請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のサーボ制御装置において、前記キャリア基板に、Ｉ／Ｏ機能を有しパラレルバスもしくはシリアルバスとＩ／Ｏインターフェイスと外部電源からの供給電源とを接続するコネクタを搭載したモジュールＢ１を、モジュールＢ１用コネクタを介して接続すると共に、Ｉ／Ｏ用コネクタを設けたものである。
請求項１９に記載の発明は、請求項１または２に記載のサーボ制御装置において、前記モジュールＡの外形寸法が、前記モジュールＢと同寸法かあるいは約１／２以下の寸法であることを特徴とするものである。
請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載のサーボ制御装置において、モジュールＣとモジュールＤとモジュールＥが前記モジュールＡと同一寸法であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１、２に記載の発明によると、密接に関係する機能をモジュールＡとモジュールＢにまとめているため、キャリア基板と組み合わせることで、単軸および多軸のサーボ制御装置を容易に設計することができる。また、モジュールＢには、モータのパワー回路と共にサーボ制御回路を搭載しており、この回路では従来ＣＰＵにて処理していた位置制御／速度制御／電流制御を処理できるようになっているため、モジュールＡのＣＰＵ処理負荷を軽減でき、より高速に多くの機能処理をＣＰＵで実現可能となる。
請求項３に記載の発明によると、モジュールＢには、モータのパワー回路と共にサーボ制御回路を搭載しており、この回路では従来ＣＰＵにて処理していた位置制御／速度制御／電流制御を処理できるようになっているため、１個のモジュールＡに搭載されたＣＰＵにて、複数軸のモータを制御することが可能となる。これにより、モジュールＡ(発熱部品となるＣＰＵ)の数量が削減できることで、システムの低消費電力化と小形化を可能とし、バッテリにて駆動するロボットなどに最適なサーボ制御装置を実現できる。さらに、サーボ制御回路をＡＳＩＣなどにて１チップ化すると更なる小形化が実現できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によると、モジュールＢには、シリアルバスのインターフェイスが設置されているため、キャリア基板上にパラレルシリアル変換回路を搭載することにより、キャリア基板上のパターン配線数がパラレルバスの配線と比較して約１／８に削減できる。これにより、キャリア基板の設計と製作が容易になる。また、キャリア基板上にＣＰＵのパラレルバスを多数配線するよりも、本数の少ないシリアルバスにて配線する方が放射ノイズの低減効果がある。
請求項５に記載の発明によると、マスタキャリア基板上に拡張用のパラレルシリアル変換回路が設置されていることにより、１個のモジュールＡに搭載されたＣＰＵにて、複数のスレーブキャリア基板に搭載されたモジュールＢを制御できるため、請求項４に記載の発明よりも更に複数軸のモータを制御することが可能となる。これにより、更なる低消費電力化と共に、モータパワー回路を搭載したモジュールＢを容易に分散配置することが可能なため、システムにおける最適な熱を考慮した構造設計を実現することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によると、マスタキャリア基板とスレーブキャリア基板間を差動信号にて接続することが可能となるため、マスタキャリア基板と離れた場所にスレーブキャリア基板を配置することが可能となる。これにより、伝送路の耐ノイズ性の向上と、大規模なシステムへの適用も可能となる。
請求項７に記載の発明によると、マスタキャリア基板とスレーブキャリア基板間を光通信ケーブルにて接続することが可能となるため、請求項６よりもマスタキャリア基板と更に離れた場所にスレーブキャリア基板を配置することが可能となる。これにより、伝送路の更なる耐ノイズ性の向上と、大規模なシステムへの適用も可能となる。
【００１９】
請求項８に記載の発明によると、複数ポートのシリアルバスの配線を１ポートの高速シリアルバスに変換してマスタキャリア基板の外部に拡張することが可能となるため、請求項５と比較して拡張用シリアルバス通信用コネクタの大幅な小形化と拡張用シリアルバス通信線の配線数を大幅に削減することが可能となる。これにより、マスタ用サーボ制御装置と複数のスレーブ用サーボ制御装置から構成される多軸サーボシステムの小形化を実現することが可能となる。
請求項９に記載の発明によると、複数ポートのシリアルバスの配線を１ポートの高速シリアルバスに変換してマスタキャリア基板の外部に拡張することが可能となるため、請求項６と比較して差動トランシーバ回路のポート数を削減でき、拡張用シリアルバス通信用コネクタの大幅な小形化と拡張用シリアルバス通信線の配線数を大幅に削減することが可能となる。これにより、マスタ用サーボ制御装置と複数のスレーブ用サーボ制御装置から構成される多軸サーボシステムの小形化を実現することが可能となる。
請求項１０に記載の発明によると、複数ポートのシリアルバスの配線を１ポートの高速シリアルバスに変換してマスタキャリア基板の外部に拡張することが可能となるため、請求項７と比較して光電変換回路のポート数を削減でき、拡張用シリアルバス通信用コネクタの大幅な小形化と拡張用シリアルバス通信線の配線数を大幅に削減することが可能となる。これにより、マスタ用サーボ制御装置と複数のスレーブ用サーボ制御装置から構成される多軸サーボシステムの小形化を実現すると共に、光電変換回路と光通信ケーブルの削減による大幅なコスト低減につなげることが可能となる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明によると、モータと一体化された位置検出器のセンサ信号処理回路をモジュールＣとして、キャリア基板に搭載することが可能となるため、モータ部には位置検出センサヘッドのみを配置すれば良くなる。このため、モータと位置検出センサヘッドを一体化したものは、従来品よりも外形寸法が小形化され、ロボットアーム内のように狭い場所にモータを配置することが容易になり、ロボットアームの小形化／軽量化にもつながる。
請求項１２に記載の発明によると、モジュールＢとモジュールＣを１つのモジュールＤにまとめるため、サーボ制御装置の組立工数が削減でき、低コスト化につながる。また、ロボットの指のように超小形モータを駆動するパワー回路は、部品実装スペースを大幅に小形化できる。よって、モジュールＤによるモジュール数量の削減は、モータ部自身の小形化と合わせて、ハンドシステムのような超小形化に非常に有効な手段となる。
請求項１３に記載の発明によると、キャリア基板に搭載していたパラレルシリアル変換回路をモジュールＥとすることで、キャリア基板上のパターン配線が削減できるため、キャリア基板の設計と製作が非常に容易となる。また、モジュールＥを利用してパラレルシリアル変換回路の拡張が容易に可能となる。
【００２１】
請求項１４に記載の発明によると、上位コントローラからの指令を通信インターフェイスではなく、アナログ信号にて速度指令あるいはトルク指令を与えることができるため、複雑な通信インターフェイス処理のソフトウェアを開発する必要がなくなるため、アプリケーションのソフトウェア開発が非常に簡単になる。
請求項１５に記載の発明によると、上位コントローラからの指令を通信インターフェイスではなく、パルス信号にて位置指令を与えることができるため、複雑な通信インターフェイス処理のソフトウェアを開発する必要がなくなるため、アプリケーションのソフトウェア開発が非常に簡単になる。
【００２２】
請求項１６に記載の発明によると、サーボ制御以外にＩ／Ｏ制御を組み合わせたシステムを実現できるため、多様なアプリケーションに容易に対応することが可能となる。また、モジュールＢのコネクタインターフェイスと共通化しておくことで、キャリア基板の開発も非常に簡単となる。
請求項１７、１８に記載の発明によると、アプリケーションに応じたキャリア基板を開発することで、モジュールＡとモジュールＢをキャリア基板の片面に配置したり、両面に配置したりすることで、アプリケーションに最適な熱を考慮した構造設計を実現することができる。また、モジュールＡとモジュールＣをモジュールＢの１／２の外形寸法にすることにより、モジュールＢを配置したキャリア基板の反対面にモジュールＡとモジュールＣを並べて配置することが可能となるため、空間利用効率を向上させることが可能となる。
以上説明のように、本発明のサーボ制御装置を適用することにより、単軸／多軸のモータ構成を柔軟に組み合わせたサーボシステムを実現できる。さらに、小形化と、高性能化と、熱対策を含めた低消費電力化を進めた設計が容易に可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態における単軸サーボ制御装置のブロック図である。また、  図２は、本発明の第１実施形態におけるマルチＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図１に示すように、モジュールＡ、１には、上位コントローラと通信するための通信回路２０と、サーボ制御装置１０ａを統括するＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１が動作するためのプログラム情報と処理情報が格納されるメモリ２２と、このモジュールＡ、１内部で必要となる制御電源を供給するための電源回路２３から構成されている。モジュールＡ、１は、キャリア基板６ａ（請求項１におけるキャリア基板１に相当）とモジュールＡ用コネクタ３０を介して接続され、キャリア基板６ａとは上位コントローラ１５との通信線４２と、ＣＰＵ２１のパラレルバス４０等の制御信号と、電源線４３が接続されている。
モジュールＢ、２には、モータ駆動信号を生成し、位置制御、速度制御、電流制御等を行なうサーボ制御回路２４と、前記モータ駆動信号を電力変換するためのパワー回路２５と、このモジュールＢ、２内部で必要となる制御電源を供給するための電源回路２３から構成されている。なお、パワー回路２５はインバータ回路から構成され、主電源は外部からＤＣ電源が入力され、ＰＷＭ制御によりモータを駆動する。パワー回路２５への主電源は、電源回路２３とは別に設けた図示しないコネクタまたは端子より供給される。モジュールＢ、２は、キャリア基板６ａとモジュールＢ用コネクタ３１を介して接続され、キャリア基板６ａとはＣＰＵ２１のパラレルバス４０等の制御信号と、モータへのパワー線４５と、位置検出器１４からのフィードバック信号を伝送する位置検出器信号線４４と、電源線４３が接続されている。なお、サーボ制御回路２４は、ＡＳＩＣなどにより１チップ化されることもある。
【００２５】
キャリア基板６ａには、上位コントローラ１５と通信するための通信線用コネクタ３５と、サーボ制御装置１０ａに外部電源を取り込むための電源線用コネクタ３６と、モータ１３へパワーを供給するためのモータパワー線用コネクタ３８と、モータと一体化された位置検出器１４からの信号を接続するための位置検出器信号線用コネクタ３７と、モジュールＡ用コネクタ３０と、モジュールＢ用コネクタ３１とが実装されている。キャリア基板６ａ内部では、モジュールＡ、１からＣＰＵ２１のパラレルバス４０がモジュールＢ、２へ接続されており、電源線用コネクタ３６から入力された電源線４３は、各モジュールに電源ユニット１６からの電源を供給する（図１中の電源配線は省略している）。また、上位コントローラ１５との通信線４２は、通信線用コネクタ３５からモジュールＡ用コネクタ３０と接続され、モータパワー線４５と位置検出器信号線４４は、夫々モータパワー線用コネクタ３８とモジュールＢ用コネクタ３１、位置検出器信号線用コネクタ３７とモジュールＢ用コネクタ３１に接続されている。
前記のように、１個のモジュールＡ、１と1個のモジュールＢ、２と１個のキャリア基板６ａを組み合わせることで、単軸のサーボ制御装置１０ａを実現することができる。
【００２６】
一方、図２に示すように、新規キャリア基板として、モジュールＡ用コネクタ３０と、モジュールＢ用コネクタ３１と、モータパワー線用コネクタ３８と、位置検出器信号線用コネクタ３７とを同じ数量搭載したものを準備し、キャリア基板６ｂ（請求項２におけるキャリア基板２に相当）に設置されたコネクタ３０、３１と同数のモジュールＡ、１とモジュールＢ、２を設置することで、マルチＣＰＵからなる多軸サーボ制御装置１０ｂを実現することができる。なお、キャリア基板６ｂの通信線用コネクタ３５と、電源線用コネクタ３６は、少なくとも各1個設置されている。
【００２７】
上記のように、モジュールＡ、１とモジュールＢ、２を事前に準備しておくことで、アプリケーションのモータ軸構成に合わせたキャリア基板を開発することで、単軸あるいは多軸のサーボ制御装置を容易に実現することができる。
また、モジュールＢ、２には、モータのパワー回路２５と共にサーボ制御回路２４を搭載しており、この回路では従来ＣＰＵにて処理していた位置制御／速度制御／電流制御を処理できるようになっている。このため、モジュールＡ、１のＣＰＵ処理を分散化することが可能となっており、ＣＰＵ２１の空き時間を利用してその他の機能を実行することが可能となる。これにより、従来よりも高性能／多機能化されたサーボ制御装置を実現可能となる。あるいは、モジュールＡ、１に搭載されるＣＰＵ性能を下げた(廉価版ＣＰＵを採用した)としても、従来と同等のサーボ制御装置を実現できることになる。
さらに、モジュールＡ、１において、通信インターフェイスの種類や使用するＣＰＵの性能に応じて複数の種類を準備しておき、モジュールＢ、２についても、モータのパワー容量に応じて複数の種類を準備しておくことで、多様なアプリケーションへの対応をスムーズに行なうことができる。
【実施例２】
【００２８】
図３は、本発明の第２実施形態である１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図３に示すように、新規キャリア基板として、１個のモジュールＡ用コネクタ３０と、複数個のモジュールＢ用コネクタ３１と、モジュールＢ用コネクタと同数のモータパワー線用コネクタ３８と位置検出器信号線用コネクタ３７とを搭載したものを準備し、キャリア基板６ｃ（請求項３におけるキャリア基板３に相当）に設置されたコネクタ３０、３１と同数のモジュールＡ、１とモジュールＢ、２を設置することで、１個のＣＰＵからなる多軸サーボ制御装置１０ｃを実現することができる。なお、キャリア基板６ｃの通信線用コネクタ３５と、電源線用コネクタ３６は、少なくとも各1個設置されている。
実施例１でも説明したように、モジュールＢ、２には、モータのパワー回路２５と共にサーボ制御回路２４を搭載しており、この回路では従来ＣＰＵにて処理していた位置制御／速度制御／電流制御を処理できるようになっている。このため、モジュールＡ、１のＣＰＵ処理を分散化することが可能となっており、１個のモジュールＡ、１に搭載されたＣＰＵ２１にて、複数軸のモータを制御することが可能となる。これにより、実施例１の多軸サーボ制御装置１０ｂと比較して、モジュールＡ、１（発熱部品となるＣＰＵ）の数量が削減できることにより、サーボ制御装置１０ｃの低消費電力化と小形化を可能とし、バッテリにて駆動するロボットなどに最適なサーボ制御装置を実現できる。さらに、モジュールＢ、２において、サーボ制御回路２４をＡＳＩＣやＦＰＧＡ等にて１チップ化することにより、更なる小形化を実現できる。
【実施例３】
【００２９】
図４は、本発明の第３実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図４に示すように、新規キャリア基板として、モジュールＡ、１に搭載されたＣＰＵのパラレルバス４０と複数ポートのシリアルバス４１を相互に変換するパラレルシリアル変換回路２６と、この回路へ制御電源を供給するための電源回路２３を搭載し、１個のモジュールＡ用コネクタ３０と、複数個のモジュールＢ用コネクタ３１と、モジュールＢ用コネクタ３１と同数のモータパワー線用コネクタ３８と位置検出器信号線用コネクタ３７とを搭載したものを準備し、キャリア基板６ｄ（請求項４におけるキャリア基板４に相当）に設置されたコネクタ３０、３１と同数のモジュールＡ、１とモジュールＢ、２を設置することで、１個のＣＰＵからなる多軸サーボ制御装置１０ｄを実現することができる。なお、キャリア基板６ｄの通信線用コネクタ３５と、電源線用コネクタ３６は、少なくとも各1個設置されている。
上記のように、本キャリア基板６ｄでは、ＣＰＵのアドレス線、データ線、制御線からなるパラレルバス４０をシリアルバス(例えば、送信データ、送信クロック、受信データ、受信クロックの４本から構成される)４１に変換するため、基板上のパターン配線数は大幅に削減できる。従来使用していたパラレルバス４０の本数で考えると、アドレス線：１４本、データ線：１６本、制御線：４本の合計３４本であったものが、１つのシリアルポートで４本となり、約１／８に配線パターンを削減できることになる。これにより、キャリア基板６ｄのパターン設計と製作が容易になる。また、キャリア基板６ｄ上の配線パターンが大幅に削減されることにより、基板からの放射ノイズの低減にもつながるものである。
【実施例４】
【００３０】
図５は、本発明の第４実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図５に示すように、実施例３にて説明したキャリア基板６ｄに、モジュールＡ、１に搭載されたＣＰＵのパラレルバス４０と複数ポートのシリアルバス４１を相互に変換する拡張用パラレルシリアル変換回路２７を追加し、これと合わせて拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９も追加したマスタキャリア基板７ａを準備する。このマスタキャリア基板７ａには、実施例３と同様に、回路へ制御電源を供給するための電源回路２３を搭載し、１個のモジュールＡ用コネクタ３０と、複数個のモジュールＢ用コネクタ３１と、モジュールＢ用コネクタ３１と同数のモータパワー線用コネクタ３８と位置検出器信号線用コネクタ３７とを搭載したものを準備し、マスタキャリア基板７ａに設置されたコネクタ３０、３１と同数のモジュールＡ、１とモジュールＢ、２を設置することで、１個のＣＰＵからなるマスタ用サーボ制御装置１１ａを構成する。なお、マスタキャリア基板７ａの通信線用コネクタ３５と、電源線用コネクタ３６は、少なくとも各1個設置されている。
【００３１】
さらに、スレーブキャリア基板８ａとして、拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９と、複数個のモジュールＢ用コネクタ３１と、モジュールＢ用コネクタと同数のモータパワー線用コネクタ３８と位置検出器信号線用コネクタ３７とを搭載したものを準備し、スレーブキャリア基板８ａに設置されたコネクタ３１と同数のモジュールＢ、２を設置することで、スレーブ用サーボ制御装置１２ａを構成する。なお、電源線用コネクタ３６は、少なくとも1個設置されている。
マスタ用サーボ制御装置１１ａとスレーブ用サーボ制御装置１２ａの拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９間をＴＴＬの信号レベルにてメタルケーブルの拡張用シリアルバス通信線４６にて接続することで、１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置を構成する。
上記のように、マスタキャリア基板７ａ上に拡張用パラレルシリアル変換回路２７が設置されていることにより、１個のモジュールＡ、１に搭載されたＣＰＵ２１にて、さらに複数のスレーブキャリア基板８ａに搭載されたモジュールＢ、２を制御できることになり、実施例３よりも更に複数軸のモータを制御することが可能となる。これにより、更なる低消費電力化と共に、モータパワー回路を搭載したモジュールＢ、２を容易に分散配置することが可能なため、システムにおける最適な熱を考慮した構造設計を実現することができる。
【実施例５】
【００３２】
図６は、本発明の第５実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図６に示すように、実施例４にて説明したマスタキャリア基板７ａにおいて、拡張用パラレルシリアル変換回路２７と拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９の間に、シリアルバスの信号レベルをＴＴＬから差動信号レベルに変換する差動トランシーバ回路２８を設置したマスタキャリア基板７ｂを準備し、マスタ用サーボ制御装置１１ｂを構成する。
さらに、実施例４にて説明したスレーブキャリア基板８ａにおいて、拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９とモジュールＢ用コネクタ３１の間に、シリアルバスの信号レベルを差動信号レベルからＴＴＬに変換する差動トランシーバ回路２８を設置したスレーブキャリア基板８ｂを準備し、スレーブ用サーボ制御装置１２ｂを構成する。
マスタ用サーボ制御装置１１ｂとスレーブ用サーボ制御装置１２ｂの拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９間を差動信号レベルにてメタルケーブルの拡張用シリアルバス通信線４６にて接続することで、１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置を構成する。
上記のように、マスタキャリア基板７ｂとスレーブキャリア基板８ｂ間を差動信号にて接続することが可能となるため、マスタキャリア基板７ｂと数メートル以上離れた場所にスレーブキャリア基板８ｂを配置することが可能となる。これにより、本サーボ制御装置における伝送路の耐ノイズ性の向上と、大規模なサーボシステムを実現することも可能となる。
【実施例６】
【００３３】
図７は、本発明の第６実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図７に示すように、実施例４にて説明したマスタキャリア基板７ａにおいて、拡張用パラレルシリアル変換回路２７と拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９の間に、シリアルバスの信号を電気から光に変換する光電変換回路２９を設置したマスタキャリア基板７ｃを準備し、マスタ用サーボ制御装置１１ｃを構成する。
さらに、実施例４にて説明したスレーブキャリア基板８ａにおいて、拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９とモジュールＢ用コネクタ３１の間に、シリアルバスの信号を光から電気に変換する光電変換回路２９を設置したスレーブキャリア基板８ｃを準備し、スレーブ用サーボ制御装置１２ｃを構成する。
マスタ用サーボ制御装置１１ｃとスレーブ用サーボ制御装置１２ｃの拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９間を光信号にて拡張用シリアルバス光通信線４７にて接続することで、１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置を構成する。
上記のように、マスタキャリア基板７ｃとスレーブキャリア基板８ｃ間を光通信ケーブルにて接続することが可能となるため、実施例５よりもマスタキャリア基板７ｃと更に離れた場所にスレーブキャリア基板８ｃを配置することが可能となる。これにより、伝送路の更なる耐ノイズ性の向上と、大規模なシステムへの適用も可能となる。
【実施例７】
【００３４】
図８は、本発明の第７実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図８に示すように、実施例４にて説明したマスタキャリア基板７ａにおいて、拡張用パラレルシリアル変換回路２７と拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９との間に、高速パラレルシリアル変換回路７０を設置したマスタキャリア基板７ｄを準備し、マスタ用サーボ制御装置１１ｄを構成する。
さらに、実施例４にて説明したスレーブキャリア基板８ａにおいて、拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９とモジュールＢ用コネクタ３１の間に、高速パラレルシリアル変換回路７０を設置したスレーブキャリア基板８ｄを準備し、スレーブ用サーボ制御装置１２ｄを構成する。
【００３５】
マスタ用サーボ制御装置１１ｄとスレーブ用サーボ制御装置１２ｄの拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９間をＴＴＬの信号レベルにてメタルケーブルの拡張用シリアルバス通信線４６にて接続することで、１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置を構成する。
上記のように、マスタキャリア基板７ｄとスレーブキャリア基板８ｄ上に高速パラレルシリアル変換回路７０を設置することにより、複数ポートのシリアルバス４１を１ポートの高速シリアルバス７１に変換することが可能となり、実施例４よりも拡張用シリアルバス通信用コネクタの端子数を削減することができ、コネクタの小形化を実現できる。また、コネクタの端子数削減は、拡張用シリアルバス通信線４６の配線数を削減することが可能となり、ケーブル外形を細くすることができる。これにより、複数のマスタ用サーボ制御装置とスレーブ用サーボ制御装置から構成される多軸サーボシステムの小形化を実現することが可能となる。
【実施例８】
【００３６】
図９は、本発明の第８実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図９に示すように、実施例７にて説明したマスタキャリア基板７ｄにおいて、高速パラレルシリアル変換回路７０と拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９の間に、高速シリアルバス７１の信号レベルをＴＴＬから差動信号レベルに変換する差動トランシーバ回路２８を設置したマスタキャリア基板７ｅを準備し、マスタ用サーボ制御装置１１ｅを構成する。
さらに、実施例７にて説明したスレーブキャリア基板８ｄにおいて、拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９と高速パラレルシリアル変換回路７０の間に、高速シリアルバスの信号レベルを差動信号レベルからＴＴＬに変換する差動トランシーバ回路２８を設置したスレーブキャリア基板８ｅを準備し、スレーブ用サーボ制御装置１２ｅを構成する。
【００３７】
マスタ用サーボ制御装置１１ｅとスレーブ用サーボ制御装置１２ｅの拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９間を差動信号レベルにてメタルケーブルの拡張用シリアルバス通信線４６にて接続することで、１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置を構成する。
上記のように、マスタキャリア基板７ｅとスレーブキャリア基板８ｅ間を差動信号にて接続することが可能となるため、マスタキャリア基板７ｅと数メートル以上離れた場所にスレーブキャリア基板８ｅを配置することが可能となる。また、複数ポートのシリアルバスを１ポートの高速シリアルバスに変換しているため、実施例５よりも拡張用シリアルバス通信用コネクタの端子数を削減することができ、コネクタの小形化を実現でき、拡張用シリアルバス通信線４６の配線数削減により、ケーブル外形を細くすることができる。これにより、本サーボ制御装置における伝送路の耐ノイズ性の向上と、大規模なサーボシステムを実現することも可能となる。
【実施例９】
【００３８】
図１０は、本発明の第９実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図１０に示すように、実施例８にて説明したマスタキャリア基板７ｅにおいて、高速パラレルシリアル変換回路７０と拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９の間に、シリアルバスの信号を電気から光に変換する光電変換回路２９を設置したマスタキャリア基板７ｆを準備し、マスタ用サーボ制御装置１１ｆを構成する。
さらに、実施例８にて説明したスレーブキャリア基板８ｅにおいて、拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９と高速パラレルシリアル変換回路７０の間に、シリアルバスの信号を光から電気に変換する光電変換回路２９を設置したスレーブキャリア基板８ｆを準備し、スレーブ用サーボ制御装置１２ｆを構成する。
【００３９】
マスタ用サーボ制御装置１１ｆとスレーブ用サーボ制御装置１２ｆの拡張用シリアルバス通信用コネクタ３９間を光信号にて拡張用シリアルバス光通信線４７にて接続することで、１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置を構成する。
上記のように、マスタキャリア基板７ｆとスレーブキャリア基板８ｆ間を光通信ケーブルにて接続することが可能となるため、実施例８よりもマスタキャリア基板７ｆと更に離れた場所にスレーブキャリア基板８ｆを配置することが可能となる。これにより、伝送路の更なる耐ノイズ性の向上と、大規模なシステムへの適用も可能となる。また、複数ポートのシリアルバスを１ポートの高速シリアルバスに変換しているため、実施例６よりも光電変換回路２９と拡張用シリアルバス通信用コネクタの端子数を削減することができ、拡張用シリアルバス光通信線４７の光ケーブル配線数を削減することにより、大幅なコスト低減につながる。
【実施例１０】
【００４０】
図１１は、本発明の第１０実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図１１に示すように、実施例１〜実施例９にて説明したものとの違いは、モータと一体となった位置検出器に内蔵されていた、センサ信号処理回路（入出力のインターフェイスを含む）１８と電源回路２３とをモジュールＣ、３として、新規キャリア基板に搭載できるようにした点である。
上記のように、モータと一体化された位置検出器１４のセンサ信号処理回路をモジュールＣ、３として、キャリア基板６ｅに搭載することが可能となるため、モータ部には位置検出センサヘッド１７のみを配置すれば良くなる。このため、モータ１３と位置検出センサヘッド１７を一体化したものは、従来品よりも外形寸法が小形化され、ロボットアーム内のように狭い場所にモータを配置することが容易になり、ロボットアームの小形化／軽量化にもつながる。
【実施例１１】
【００４１】
図１２は、本発明の第１１実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図１２に示すように、実施例１０にて説明したものとの違いは、モジュールＣ、３に搭載していたセンサ信号処理回路１８と、モジュールＢ、２の機能を、モジュールＤ、４として１つにまとめ、新規キャリア基板に搭載できるようにした点である。
上記のように、モジュールＢ、２とモジュールＣ、３を１つのモジュールＤ、４にまとめるため、サーボ制御装置１０ｆの組立工数が削減でき、低コスト化につながる。また、ロボットの指のように超小形モータを駆動するパワー回路は、部品実装スペースを大幅に小形化できる。よって、モジュールＤ、４によるモジュール数量の削減は、モータ部自身の小形化と合わせて、ハンドシステムのような超小形化に非常に有効な手段となる。
【実施例１２】
【００４２】
図１３は、本発明の第１２実施形態であるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図である。
図１３に示すように、実施例３〜実施例１１にて説明したものとの違いは、キャリア基板に搭載されていたパラレルシリアル変換回路２６と電源回路２３を１つのモジュールＥ、５にまとめ、キャリア基板６ｇにコネクタ３４で接続できるようにした点である。
上記のように、キャリア基板に搭載していたパラレルシリアル変換回路２６をモジュールＥ、５とすることで、キャリア基板上のパターン配線が削減できるため、キャリア基板６ｇの設計と製作が非常に容易となる。また、モジュールＥ、５を利用してパラレルシリアル変換回路の拡張が容易に可能となる。
【実施例１３】
【００４３】
図１４は、本発明の第１３実施形態であるアナログ指令型の単軸用サーボ制御装置のブロック図である。
図１４に示すように、実施例１〜実施例１２にて説明したものとの違いは、モジュールＡ、１に設置されていた上位コントローラと通信するための通信回路２０を取り外してモジュールＡ１、５７とし、上位コントローラ１５からアナログ指令線５５を介してモジュールＢ、２のサーボ制御回路２４に接続できるようにキャリア基板６ｈ（請求項１４におけるキャリア基板５に相当）にアナログ指令線用コネクタ５０を設置した点である。
上記のように、上位コントローラからの指令を通信インターフェイスではなく、アナログ信号にて速度指令あるいはトルク指令を与えることができるため、複雑な通信インターフェイス処理のソフトウェアを開発する必要がなくなるため、アプリケーションのソフトウェア開発が非常に簡単になる。
【実施例１４】
【００４４】
図１５は、本発明の第１４実施形態であるパルス指令型の単軸用サーボ制御装置のブロック図である。
図１５に示すように、実施例１〜実施例１２にて説明したものとの違いは、モジュールＡ、１に設置されていた上位コントローラと通信するための通信回路２０を取り外してモジュールＡ１、５７とし、上位コントローラ１５からパルス指令線５６を介してモジュールＢ、２のサーボ制御回路２４に接続できるようにキャリア基板６ｉにパルス指令線用コネクタ５１を設置した点である。
上記のように、上位コントローラからの指令を通信インターフェイスではなく、パルス信号にて位置指令を与えることができるため、複雑な通信インターフェイス処理のソフトウェアを開発する必要がなくなるため、アプリケーションのソフトウェア開発が非常に簡単になる。
【実施例１５】
【００４５】
図１６は、本発明の第１５実施形態であるＩ／Ｏ機能搭載の１ＣＰＵ多軸サーボ装置のブロック図である。
図１６に示すように、実施例１〜実施例１２にて説明したものとの違いは、モジュールＢ、２の機能がサーボ制御用ではなく、Ｉ／Ｏ機能が搭載されたモジュールＢ１、５８を１つのモジュールとし、モジュールＡ、１とモジュールＢ、２などその他モジュールとキャリア基板６ｊにより組み合わせて構成する点である。なお、キャリア基板６ｊにはＩ／Ｏ用コネクタ５２が搭載されており、外部入出力信号をモジュールＢ１、５８へ接続するようになっている。
上記のように、サーボ制御用以外にＩ／Ｏ制御用モジュールを組み合わせたシステムを実現できるため、多様なアプリケーションに容易に対応することが可能となる。また、モジュールＢ１、５８のコネクタインターフェイスをモジュールＢ、２のコネクタインターフェイスと共通化しておくことで、キャリア基板６ｊの開発も非常に簡単となる。
【実施例１６】
【００４６】
図１７は、本発明の第１６実施形態であるサーボ制御装置の構造図である。
図１７（Ａ）の構造では、キャリア基板６の表面にはモジュールＡ、１とモジュールＣ、３を配置し、裏面にはモジュールＢ、２を配置している。また、モジュールＡ、１に搭載されたＣＰＵの放熱を行なうためヒートシンクＡ、６０をモジュールＡ、１に接するように配置し、モジュールＢ、２に搭載されたパワー回路の放熱を行なうためヒートシンクＢ、６１をモジュールＢ、２に接するように配置している。
一方、図１７（Ｂ）の構造では、キャリア基板６の表面にはモジュールＡ、１とモジュールＢ、２とモジュールＣ、３を配置し、裏面にはモジュールを配置しないようにしている。また、モジュールＡ、１に搭載されたＣＰＵの放熱と、モジュールＢ、２に搭載されたパワー回路の放熱を行なうためヒートシンクＣ、６２を各モジュールに接するように配置している。
上記のように、アプリケーションに応じたキャリア基板６を開発することで、モジュールＡ、１とモジュールＢ、２をキャリア基板６の片面に配置したり、両面に配置したりすることで、アプリケーションに最適な熱を考慮した構造設計を実現することができる。また、モジュールＡ、１とモジュールＣ、３をモジュールＢ、２の１／２の外形寸法にすることにより、モジュールＢ、２を配置したキャリア基板６の反対面にモジュールＡ、１とモジュールＣ、３を並べて配置することが可能となるため、空間利用効率を向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明により、複数のサーボ制御装置を小形分散配置できるようになるため、超小形のロボットシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態における単軸用サーボ制御装置のブロック図
【図２】本発明の第１実施形態におけるマルチＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図３】本発明の第２実施形態における１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図４】本発明の第３実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図５】本発明の第４実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図６】本発明の第５実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図７】本発明の第６実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図８】本発明の第７実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図９】本発明の第８実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図１０】本発明の第９実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図１１】本発明の第１０実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図１２】本発明の第１１実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図１３】本発明の第１２実施形態におけるシリアルバスを利用した１ＣＰＵ多軸サーボ制御装置のブロック図
【図１４】本発明の第１３実施形態におけるアナログ指令型の単軸用サーボ制御装置のブロック図
【図１５】本発明の第１４実施形態におけるパルス指令型の単軸用サーボ制御装置のブロック図
【図１６】本発明の第１５実施形態におけるＩ／Ｏ機能搭載の１ＣＰＵ多軸サーボ装置のブロック図
【図１７】本発明の第１６実施形態におけるサーボ制御装置の構造図
【図１８】従来例の単軸用サーボ制御装置のブロック図
【図１９】従来例の多軸用（３軸まとめ）サーボ制御装置のブロック図
【符号の説明】
【００４９】
１  モジュールＡ
２  モジュールＢ
３  モジュールＣ
４  モジュールＤ
５  モジュールＥ
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ、６ｉ、６ｊ  キャリア基板
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ  マスタキャリア基板
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ  スレーブキャリア基板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ  サーボ制御装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ  マスタ用サーボ制御装置
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ  スレーブ用サーボ制御装置
１３  モータ
１４  位置検出器
１５  コントローラ
１６  電源ユニット
１７  位置検出センサヘッド
１８  センサ信号処理回路
１９  センサ信号用コネクタ
２０  通信回路
２１  ＣＰＵ
２２  メモリ
２３  電源回路
２４  サーボ制御回路
２５  パワー回路
２６  パラレルシリアル変換回路
２７  拡張用パラレルシリアル変換回路
２８  差動トランシーバ回路
２９  光電変換回路
３０  モジュールＡ用コネクタ
３１  モジュールＢ用コネクタ
３２  モジュールＣ用コネクタ
３３  モジュールＤ用コネクタ
３４  モジュールＥ用コネクタ
３５  通信線用コネクタ
３６  電源線用コネクタ
３７  位置検出器信号線用コネクタ
３８  モータパワー線用コネクタ
３９  拡張用シリアルバス通信用コネクタ
４０  パラレルバス
４１  シリアルバス
４２  通信線
４３  電源線
４４  位置検出器信号線
４５  モータパワー線
４６  拡張用シリアルバス通信線
４７  拡張用シリアルバス光通信線
４８  センサ信号線
５０  アナログ指令線用コネクタ
５１  パルス指令線用コネクタ
５２  Ｉ／Ｏ用コネクタ
５３  モジュールＡ１用コネクタ
５４  モジュールＢ１用コネクタ
５５  アナログ指令線
５６  パルス指令線
５７  モジュールＡ１
５８  モジュールＢ１
５９  Ｉ／Ｏ回路
６０  ヒートシンクＡ
６１  ヒートシンクＢ
６２  ヒートシンクＣ
７０  高速パラレルシリアル変換回路
７１  高速シリアルバス
１００  基本機能部
１１０  主制御部
１２０  モータ駆動部
１３０  表示操作部
１４０  電源供給部
１５０  外部Ｉ／Ｆ部
１６０  モータ
１７０  レゾルバ
２００  制御モジュール
２０１  Ｉ／Ｏ装置
２０２  通信インターフェイス
２０３  表示装置
２０４  ＤＳＰ
２０５  電流検出器
２０６  ＰＷＭ生成器
２０７  位置／速度検出器
２０８  ＦＰＧＡ
２１０  電源モジュール
２１１  インバータ部
２１２  電流感知器
２１３  コンバータ部
２２０  モータ
２３０  エンコーダ
【図１】
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【図２】
0005098936.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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