ＴＩＴｅｃｈ Ｄｒｉｖｅｒ
ＰＣ－０１２１－１

取扱説明書（第 7 版）

各種移動ロボット・マニピュレータ・自動制御装置
歩行ロボット ＴＩＴＡＮ－ＶⅡ、ＴＩＴＡＮ－ＶⅢ

２０１４年４月

［ 目次 ］

１. 概要 ........................................................................................................... 1２. 駆動回路の諸仕様....................................................................................... 1
３. 全体ブロック・ダイアグラムと部品配置図 ......................................................... 2
４. 動作モードの設定 ........................................................................................ 3４.１.

電流制御モード ................................................................................................ 4４.２.

速度制御モード ................................................................................................ 5４.３.

位置制御モード ................................................................................................ 8５. 放熱器の設計と取り付け方 ........................................................................... 9５.１.

放熱器の設計................................................................................................... 9６. コネクタのピン説明 ..................................................................................... 12７. 外形図...................................................................................................... 13８. 付属品...................................................................................................... 13９. サポート .................................................................................................... 15９.１.

お問合せ........................................................................................................ 15９.２.

修理・点検依頼............................................................................................... 15１０. 保証範囲 ................................................................................................ 16１０.１. 標準価格........................................................................................................ 16１０.２. 保証要項........................................................................................................ 16１. 概要
ＰＣ－０１２１－１（以下、本製品）は次のような特徴を持っています。
○小型、軽量、高出力（750[W]）、低自己消費型（ＰＷＭ駆動）。
○電流（トルク）制御、速度制御、位置制御モードに対応。
○タコジェネ無しで速度制御を実現（「電子ガバナ回路」）。
○タコジェネ無しで即応性の良い位置制御を実現。
○ロボット胴体や収納ケースを放熱器として使用可能。

２. 駆動回路の諸仕様
表1. 駆動回路の諸仕様
項目

仕様

定格出力電圧±30[V]

定格出力電流±8[A]最大出力電圧±48[V]

最大出力電流（連続）±16.7[V]

最大出力（連続）

750[W]

備考

十分な放熱板使用時

主電源

DC6～48[V]

制御電源

5[V]・±15[V]

指令入力電圧
外形寸法（ＬＷＨ）
重量
制御モード±10[V]
100×90×35[mm]端子台含まず130[ｇ]

放熱板無電流制御

フルスケールの調整可
電子ガバナ回路使用

速度制御

外部タコジェネ使用可（要調整）タコジェネ不要、ＰＤ制御

位置制御
保護機能
モータブレーキ機能

35[V]以上はバッテリ推奨

別途ポテンショメータなど必要

電流制限（0～16.7[A]）調整可電機ブレーキモータ端子短絡フリー

モータ端子開放正逆転限界

モータ端子短絡1

３. 全体ブロック・ダイアグラムと部品配置図

図1. 全体ブロック図

図2. 製品画像

2

４. 動作モードの設定
電流制御、速度制御、位置制御モードの切替えは、スイッチ SW1 と VT3 によって行われ、諸設定は下表に示すように行います。
各調整部品の配置については外形図を参照ください。

表2. 制御モード設定の早見表
調整部品機能電流制御

速度制御*1位置制御

VT1

モーター電機子巻線抵抗値補償

×

◎

◎

VT2

入力信号用零点調整

○

○

○

VT3

位置制御比例ゲイン（Ｋｐ）調整

＜＜◎

VT4

速度フルスケール（Ｋt）調整

×

○

＜VT5

電流制限／フルスケール調整

○

○

○

VT6*2

電子ガバナオフセット調整×△△*2

電流センサオフセット調整△△△

電流制御／位置速度モード切替

1-2

2-3

2-3OPEN

OPEN

POT

VT7

SW1NFB 入力信号◎⇒ 絶対に調整必要。

○⇒ 調整可、動作に影響する。

△⇒ 特に調整の必要なし。（半固定抵抗はオプション）×⇒ 動作に影響しない。

＜⇒ 半固定抵抗を左いっぱいに回す。

OPEN⇒ 開放しておくかグラウンドに接地する。（外部信号を接続してはならない）

P O T ⇒ 位置制御用ポテンショメータ信号を接続する。
*1⇒ 電子ガバナ回路を使用した場合の設定。

*2⇒ VT6,R29 と VT7,R11 は、標準では実装されていませんので必要があればユーザ側で取り付けてください。

3

４.１.

電流制御モード
４.１.１. 【電流フルスケール／電流制限調整（VT5）】

最大入力指令電圧に対する出力電流 Ｉfs をフルスケール電流と呼びます。電流センサの最大電流をＩsmax[Ａ]（標準ではＩsmax＝16.7[A]【電流センサ改造】参照）とすれば、Ｉ fs は半固定抵抗 VT5 の回転量ＶＴ５POS（0～100％）によって次式のように設定されます。

Ｉ fs = VT 5 POS Ｉ smax

[A]

（1）

注意：VT5 の調整によって速度制御や位置制御モードの最大出力電流Ｉlimit を以下のように制限できます。

Ｉ limit = 1.4 I fs = 1.4VT5POSＩ smax [A]（2）

ただし、本駆動回路の最大電流は 16.7[A]ですので速度制御と位置制御モードでは VT5の回転量を 70％以下に設定する必要があります。

4図3. 電流制御接続例
４.１.２. 【電流センサ改造】
電流センサのフルスケール電流 Ｉsmax と一次側巻数 nturns の関係は次式の通りです。

Ｉ smax =50[Ａ]nturns（3）

図 2 に示すように、基板右上に配置されている電流センサの標準巻数は 3 巻ですので、Ｉsmax＝16.7[A]になります。これは本プリント基板で流せる最大電流値です。nturns は 3 より少なくしてはいけませんが、増やすことは可能です。低電流の DC モータを駆動する場合にはnturns を実際に使用する電流レンジに合わせることで信号／ノイズ比を向上できます。この改造はユーザ側で行ってください。

４.２.

速度制御モード

速度制御モードでフィードバックに用いるモータ回転速度情報は、（1）疑似タコジェネ回路によって演算する、（2）外部の機械的タコジェネレータによって測定する、といった二つの方法で得ることができます。出荷状態では（1）の方法に設定されています。

5

図4. 速度制御接続例
４.２.１. 電子ガバナ回路使用【モータ電機子抵抗値 Ｒa の補償（VT1）】 電子ガバナ回路を正常に動作させるには、使用するモータの電機子抵抗値 Ｒa に合わせて VT1 を調整する必要があります。そのためにはＲa をモータの説明書から、あるいは実測して調べ、（4）式によって VT1 で調整すべき抵
抗値ＶＴ１RES を計算します。

ＶＴ1 RES =500Ｒ [kΩ]
3nturns a（4）VT1 は（0～ＶＴ１max[Ω]）の範囲で調整できますので、その回転量ＶＴ１ pos は次式のように計算できます。

ＶＴ1 POS =ＶＴ1 RES
ＶＴ1 max（5）ただし、標準仕様では電流センサー次側巻数は nturns＝3、半固定抵抗 VT1 はＶＴ１max＝200[kΩ]です。なお、ＶＴ１ POS の設定は、VT1 上に刻まれた印を基に目測で行いますので設定値に多少ずれが生じます。ここで注意すべきことはこの設定値を計算値より大きくした場合回路の動作が不安定になることです。そのため、計算値より少なめに設定するようにして下さい。

6注）出荷時の VT1 は 0～200[kΩ]の範囲で調整可能ですので最大 Ｒa＝3.6[Ω]までのモータで使用できます。それ以上のＲa を有するモータで使用するには VT1 を取り替える必要があります。変更はユーザ側で行って下さい。
【モータ回転速度の計算】 電子ガバナ回路使用状態ではコネクタ CN2 の 4 番ピン（TG）からモータの回転速度ωpseudo[rpm]は TG 端子の出力電圧 Ｖpseudo[V]に次式のように直線的に比例します。

ω pseudo =Ｖ rated
ω free Ｖ pseudo [rpm]
300

（6）

ただし、 Ｖ rated[V]はモータの定格電圧、ω free[rpm]は定格電圧での無負荷回転数であり、対象とするモータの取扱説明書から調べて下さい。
【速度フルスケール調整（VT4）】 最大入力電圧に対するモータ速度ωfs をフルスケール速度と呼びます。ωfs はＶＴ４POS（0～100[％]）によって次式のように設定します。

ω fs =

47
ω[rpm]
100VT4 POS + 47 pseudo ＭＡＸ（7）

ただし、ωpseudo MAX は（5）式においてＶpseudo＝10[V]とした回転速度です。
注）VT4 の調整はコネクタ CN2 の 4 番ピン（TG）の出力電圧レベルに影響しません。
４.２.２. 外部タコジェネレータ使用
外部タコジェネレータを用いた速度制御ループを構成するためには、
1)

ジャンパ JP1 を半田ごてを用いて取り除きます。

2)

コネクタ CN2 の 4 番ピン（TG）にタコジェネレータ信号を接続します。

3)

タコジェネレータの発生電圧定数Ｋ E[V/rpm]に合わせてフルスケール速度ω fs をVT4 の回転量ＶＴ４pos（0～100[％]）によって次式のように設定します。

ω fs =

470(VT4 POS 100 + 47) K E

[rpm]

（8）

４.２.３. 電流制限
速度制御 モードの電流制限の調整については【電流 フルスケール／電流制限調整（VT5）】を参照して下さい。

7図5. 位置制御接続例
４.３.

位置制御モード

位置制御を構成するにはコネクタ CN2 の 3 番ピン（NFB）にポテンショメータからのフィールドバック情報を入力します。
即応性の高い位置制御を実現するには速度マイナループは必要不可欠です。速度マイナループは前節の「速度制御モード」で説明したように電子ガバナ回路あるいは外部タコジェネレータを使用して構成できます。
位置制御を正常に動作させるためには速度マイナループを上述の説明に従って調整する必要があります。特に電子ガバナ回路を使用するには【モータ電機子抵抗値 Ｒ a の補償（VT1）】の調整が必要です。
４.３.１. 【位置制御ゲインの調整（VT3）】半固定抵抗 VT3 の調整によって位置制御比例ゲインＫp を 1～21 倍まで調整できます。
４.３.２. 電流制限
位置制御 モードの電流制限の調整については【電流 フルスケール／電流制限調整（VT5）】を参照して下さい。

8

５. 放熱器の設計と取り付け方
本サーボ・アンプではパワー素子用の放熱器を標準装備していません。そのため、使用するモータの動作条件から放熱設計を行い、放熱器の大きさや形状はプリント基板を固定・収納する場所に合わせて選ぶ必要があります。
以下に放熱器を選ぶための設計を示します。

５.１.

放熱器の設計1)

次の項目を調べます。

表3. 放熱板設計時の調査項目
項目

記号

定格値

単位

モータの電機子巻線抵抗ＲaΩ

VT5 によって設定されたフルスケール電流

Ｉfs

A

主電源電圧

ＶddV2)

最大電流の計算

ì Vdd Vdd
£ I fsï
I ON = í RaRaïî I fs otherwise3)

Ｈ-ブリッジの最大消費パワーの計算
2

Ptotal = 2.0 RON I ON + 0.5VDSF I ON [W]
4)

（9）

（10）

パワーＭＯＳ-ＦＥＴのチャンネルから外気までの熱抵抗Ｒ t h ( c h - a ) d の計算

Ｒ th(ch-a) d =Ｔ ch －Ｔa[℃/W]
Ｐ total

9（11）

5)

放熱器から外気までの熱抵抗Ｒ t h ( d - a ) の計算

Rth ( d - a ) = Rth ( ch -a ) d - Rth ( s -c ) - Rth ( ch -c )==150- 60
22.0 ´ 0.15Ｉ ON + 0.5´1.6Ｉ ON
9020.030Ｉ ON + 0.8Ｉ ON（12）- Rth( s-c) - 0.625- Rth( s -c ) - 0.625

（13）

[℃/W]

（14）

計算例 1（ＩON＝16.7，Ｒ th(s-c)＝1.5）熱伝導コンパウンド塗布無しテフロン製の絶縁シート（Ｒth(s-c)＝1.5）を使用した場合。

Rth(d - a) =900.030 ´ 16.7 2 + 0.8 ´ 16.7

- 1.5 - 0.625 = 1.5

[℃/W]

（15）

表4. パワーＭＯＳ-ＦＥＴの特性
項目

記号

最大値単位

ドレイン・ソース間オン抵抗

Ｒon(ＶGS=4[V],ＩD=30[A])15mΩ

寄生ダイオード順方向電圧

ＶDSF(IDR=60[A],ＶGS=0[V])1.6

VＴch150℃

チャンネル・ケース間熱抵抗

Ｒth(ch-c)

0.625

℃/W

チャンネル・外気間熱抵抗

Ｒth(ch-a)

35.7℃/W

最大チャンネル温度10図6. 放熱器の取り付け例
計算例 2（ Ｉ ON ＝16.7， Ｒ th(s-c) ＝0.5）

熱伝導コンパウンド塗布したマイカ製の絶縁板（Ｒth(s-c)＝0.5）を使用した場合。

Ｒth ( d -a ) =900.030 ´ 16.7 2 + 0.8 ´ 16.7

- 0.5 - 0.625 = 2.5[℃/W]

これらの放熱器を厚さ 2[mm]のアルミ板で作成する場合、例 1 では面積 900[cm2]の板を必要とするに対して例 2 では 400[cm2]ですみます。このように、使用する絶縁板の種類や熱伝導コンパウンド塗布の有無によって必要とする放熱器の熱抵抗が大きく異なります。これ以外にも熱抵抗は有効表面積、包絡体積、置き方（縦置き、横置き）や締め付け力によって大きく影響されます。
ロボットの胴体や収納用アルミ・ケースを放熱器として使用する場合には以上の事柄を十分考慮する必要があります。特に高パワーのモータを使用する際にはマイカ製の絶縁板を使用し、パワーＭＯＳ-ＦＥＴ-絶縁板と絶縁板-放熱器の間にシリコン・グリースや熱伝導コンパウンドの使用をお勧めします。また、ファンを用いて強制空冷するのも効果的です。

11６. コネクタのピン説明表5. CN1 のピン配置
PIN

信号名

備考

5+5V+5[V]（5～6[V]），0.1[A]電源

4GND+5[V]電源のグラウンド

3GND±15[V]電源のグラウンド

2+15V+15[V]±10[％]，0.1[A]電源

1-15V-15[V]±10[％]，0.1[A]電源

表6. CN2 のピン配置
PIN信号名備考

12REF

指令信号、入力インピーダンス：100[kΩ]

11COM

グラウンド

10EBK

電機ブレーキ（モータ端子短絡）

9RLS

正回転リミットスイッチで電機ブレーキ作動

8LLS

逆回転リミットスイッチで電機ブレーキ作動

7

MTF

フリー停止（モータ端子開放）

6COM

グラウンド

5COM

グラウンド

4TG

タコジェネ入力／電子ガバナ出力

3NFB

位置制御用ポテンショメータ・フィードバック

2+10V

最大 10[mA]供給可能

1-10V

最大 10[mA]供給可能

注 1）EBK,RLS,LLS,MTF はＴＴＬ入力、保護回路無し。

表7. ＰＯＷＥＲ ＴＥＲＭＩＮＡＬ
信号名

備考

M+

モータ端子（正側）

M-

モータ端子（負側）

SHIELD

シールド接続端子（モータ，電源共通）+Vdd

DC6～48[V],16.7[A]00[V]12７. 外形図

図7. 外形図

８. 付属品
1)

ＣＮ１用コネクタハウジング（ＡＭＰ、171822-5 型）1個2)

ＣＮ２用コネクタハウジング（ＡＭＰ、1-171822-2 型）

1個3)

ＣＮ1、ＣＮ2 用コンタクト（ＡＭＰ、170204-1 型）

17 個4)

パワーターミナル用圧着端子（R2-4）

5個5)

パワーＭＯＳ-ＦＥＴ用絶縁シート

4枚13図8. 全体電子回路図

14+5V
GND
GND
+15V
-15V

REF
COM
EBK
RLS
LLS
MTF
COM
COM
TG
NFB+10V-10V

15112

CN1

CN2

NFB

±10V
REF

VT210kCA

A+PSTG

C2TG

R4100k

R3100kOffsetR12.2M

C4C3T3T1150Ω

R42

PhC1PhD1+

3150Ω

R41++

JP1-

2R2100k

C101042121+
C177846Z10Z9VT4 100k

C9104

IC-1a

1VT32M

R40220Ω

R39220ΩDIR
PWM
EBKRLS
LLS
MTF

R847k

R547k

S1G1RA1 100k×5S3G3S1G156Z4Z37Z5IC5IC-1bR710k

1234567NC 8
NC 910+-C53.3nF

20191817161514131211Q3Q1NC
NC

R93.9k1A

123C1AAB
B
C
D

C161043+SW1B

42Z2Z1

モータ回転速度

1C14104

Q4Q2IC-2a+-R26 60k

1IFB1093223C13104

R29 2.2M

モータ電圧30k

R2830kR27-+

IC-1c

8R12100k

Z8Z7Z6S4G4S2G2

速度オフセット調整

114+-C668pF

IC-3aC8 10nF

100k

R14R1350k100k

R10Current sensor offset
R112.2M

PSTG

D2D1VT5 10k
Current limit

VT710k71213+

14IC-1d

D330k

56R3230k+-S2G2

C175646R33 30k

R31 30k432

1D4+

モータ電機子抵抗 補正

VT610kIC-3b30k

R30

R1530k

R16IC-3c

IC-2bT4T2PhC1PhD2

IC-3d1487VT1200k

121310956150Ω

R22150Ω

R6+-+-+-10DB

B+100k

R3481234567IC4

R3630k

R35150k

141312111098S1S2CS

R3830kPWMlm

1213NC
NC15k(1%)

R242.5V

100k

R20

R37150k

モータ電流

IFB

NC

C11104

C12104

R25100k

C72.2nF

11IC-2c
94-30k

30k

R1915kR18

R17C15104

C18104

TOPWM

0+Vdd

SHIELD

M-

M+

POWER TERMINAL+5V

15k(1%)+1514IC-2d

10k

R23+-R21

９. サポート
お問合せや修理・点検依頼の際は以下にしたがって対応しておりますのでご了承ください。

９.１.

お問合せ

本製品の修理依頼または技術的なご質問・ご相談は、有限会社 図工TEL/0463-97-4891 , FAX/0463-97-4895 , e-mail/support@zuco.jp

９.２.

修理・点検依頼

修理・点検依頼は、弊社ウェブサイト（http://www.zuco.jp）の「サポート」＞「修理・点検依頼について」で詳しく説明しておりますので、そちらをご覧ください。

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１０. 保証範囲
１０.１. 標準価格
本製品の標準価格には、次の項目は含まれておりませんので予めご承知おき下さい。
① システム適合性の検討② 試運転・調整③ システム故障時の現地判定

１０.２. 保証要項
保証期間は納入後６ヶ月とします。この期間内で使用上の注意が守られて、かつ故障した場合には、無償でこれを修理致します。ただし、次のような場合には保証期間内でも有償修理になります。
① 使用上の誤り、或は、不当改造や修理による故障及損傷の場合。
② 落下、振動などによる損傷。
③ 火災、天災、塩害、ガス、異常電圧などによる故障及び損傷の場合。
④ 接続している外部機器に起因して故障した場合。
⑤ 弊社以外の手で改造、修理がなされた場合、又は弊社の仕様書に基づかない改造、修理がなされた場合。

16

製造元

有限会社 図工
ＴＥ

Ｌ： ０４６３-９７-４８９１

ＦＡＸ： ０４６３-９７-４８９５

ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： support@zuco.jp
ＵＲ

Ｌ： http://www.zuco.jp