JPH11134016A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汎用コンピュータを利用して制御装置を構築
するに当たって、装置構成を簡素化して、制御装置全体
を小型化できるようにする。 【解決手段】 ロボットの各軸のモータ２を各々制御す
るインバータ回路１２，インバータ回路１２を介してモ
ータ２を駆動制御する駆動制御部１４，及び駆動制御部
１４に指令値を出力する上位制御部１６を備えたロボッ
ト制御装置において、上位制御部１６側の制御を司るホ
ストＣＰＵとして、カード型の汎用コンピュータ（カー
ドＰＣ）４０を使用し、駆動制御部１４と上位制御部１
６とを同一基板（メインボード２４）に組み付ける。ま
た、上位制御部１６には、カードＰＣ４０用の制御プロ
グラムを記憶したフラッシュＲＯＭ４２を設ける。この
結果、装置を大型化することなく、上位制御部１６に拡
張性の高い汎用コンピュータを使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のモータによ
り各軸が位置決め制御されるロボット等，複数のアクチ
ュエータを備えた制御対象を制御する制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、この種の制御装置では、制御対象に設けられた複数
のアクチュエータを個々に制御しつつ、制御対象を含む
制御系全体の挙動を統合的に制御する必要があるため、
制御系を、各アクチュエータを駆動部（アクチュエータ
通電用の駆動回路等）を介して個々に制御する駆動制御
部と、制御対象の挙動，外部からの指令等に基づき各ア
クチュエータの制御量を設定して、駆動制御部にその制
御量に対応した制御指令を与える上位制御部との２系統
に分離することが考えられている。そして、制御系をこ
のように分離するには、各制御部における制御動作を司
るＣＰＵを、ホスト／スレーブ構成とすればよい。

【０００３】また、例えば産業用ロボットの制御装置の
ように、制御対象の動作（挙動）をワークの種類や加工
条件等に応じて適宜変更する必要のある制御装置では、
使用者が、上位制御部の制御プログラムを変更したり、
確認したりする必要があることから、上位制御部には、
一般的な汎用コンピュータが備えるマンマシンインタフ
ェースの機能も要求される。

【０００４】そして、最近では、コンピュータ技術の発
達に伴い、高度な演算能力を有する汎用コンピュータ
が、所謂パーソナルコンピュータとして、安価に提供さ
れていることから、上位制御部にマンマシンインタフェ
ースとしての機能を持たせるには、ホストＣＰＵとし
て、制御装置専用のものを開発するよりも、市販されて
いる汎用コンピュータを使用した方が、開発期間或いは
製造コストの面で有利な場合がある。

【０００５】しかしながら、パーソナルコンピュータ等
の汎用コンピュータは、それ自体が一つの装置構成とな
っているため、汎用コンピュータを、複数のアクチュエ
ータを駆動制御する制御装置として構成するには、図３
（ａ）に示す如く、上位制御部として機能させる汎用コ
ンピュータのマザーボード（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭに
加え、キーボードやマウス，ディスプレイ，プリンタ等
を接続するための各種インタフェースが組み込まれたメ
インの基板）に、駆動制御部や駆動部等の機能を実現す
るスレーブＣＰＵや駆動回路等を組み付けた機能拡張用
の基板（所謂拡張ボード）を何枚も接続しなければなら
ず、場合によっては、汎用コンピュータとは別に、制御
装置としての機能拡張用の装置を作製して、汎用コンピ
ュータに外付けしなければならない、といった問題があ
った。

【０００６】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、汎用コンピュータを利用して制御装置を構築する
に当たって、装置構成を簡素化して、制御装置全体を小
型化できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の制御装置は、駆動部と、
スレーブＣＰＵを備えた駆動制御部と、ホストＣＰＵを
備えた上位制御部と、を備え、上位制御部のホストＣＰ
Ｕが、コンピュータ周辺機器を接続可能なカード型の汎
用コンピュータにて構成されると共に、上位制御部に
は、このカード型汎用コンピュータにアクチュエータ制
御のための演算処理を実行させるプログラムが記憶され
たメモリが設けられ、しかも、このメモリ及びカード型
汎用コンピュータを含む上位制御部と駆動制御部とが、
同一基板に形成される。

【０００８】よって、本発明の制御装置によれば、上位
制御部のホストＣＰＵにカード型汎用コンピュータ（以
下、カードＰＣともいう）を使用することにより、上位
制御部（詳しくはカードＰＣ）にコンピュータ周辺機器
を接続してマンマシンインタフェースとしての機能を簡
単に実現できるにもかかわらず、上位制御部と駆動制御
部とを同一基板に形成することにより、装置構成を簡素
化して、制御装置全体を小型化することができる。

【０００９】尚、カードＰＣに接続可能なコンピュータ
周辺機器とは、キーボード，マウス，ディスプレイ，プ
リンタ等、コンピュータの周辺機器として一般に市販さ
れている入出力機器のことであり、カードＰＣには、こ
うした周辺機器を接続するための各種インタフェースが
組み込まれている。つまり、カードＰＣは、少なくとも
汎用コンピュータのマザーボードと同等の機能を有する
ものである。そして、このようなカードＰＣとしては、
例えば、ＩＢＭ ＰＣ／ＡＴ（ＩＢＭ社が１９８４年８
月に発表したパーソナルコンピュータ）機能を有するエ
プソン社製の「ＣＡＲＤ−ＰＣ」（商品名；SCE86437，
SCE86435）が知られている。

【００１０】またこのように、本発明では、上位制御部
のホストＣＰＵとして、カードＰＣを使用するため、カ
ードＰＣが有するマンマシンインタフェースとしての機
能を利用できるだけでなく、将来、カードＰＣに組み込
まれるＣＰＵやインタフェースの機能がアップしたとし
ても、制御装置の基板に組み込まれたカードＰＣをその
機能アップしたカードＰＣと交換することにより、上位
制御部における制御量の演算処理能力や上位制御部が有
するマンマシンインタフェースとしての機能を、極めて
簡単に高めることができる。

【００１１】また上位制御部には、カードＰＣをアクチ
ュエータ制御のために動作させる制御プログラムが記憶
されたメモリが設けられることから、そのメモリに書き
込まれた制御プログラムの書き換え等によって、制御プ
ログラム自体を変更することによっても、制御装置とし
ての機能を高めることができる。

【００１２】ところで、カードＰＣは、汎用コンピュー
タであることから、制御装置専用にホストＣＰＵを開発
した場合に比べて、ノイズ等の影響を受けやすく、制御
の信頼性が低下することが考えられる。そこで、このよ
うなことを防止するためには、請求項２に記載のよう
に、駆動制御部に、上位制御部が正常に動作しているか
否かを判定する判定手段と、この判定手段にて上位制御
部が異常動作していると判断されると、駆動部によるア
クチュエータの駆動を停止させる駆動停止手段と、を設
けることが望ましい。

【００１３】つまり、このようにすれば、万一、カード
ＰＣに内蔵されたＣＰＵが暴走して、上位制御部から異
常な指令値が出力されたとしても、駆動制御部側では、
その旨を判定して、アクチュエータの駆動を停止させる
ことができるので、制御装置の信頼性を確保することが
可能になる。

【００１４】尚、判定手段における上位制御部の異常判
定は、上位制御部のカードＰＣから駆動制御部側に異常
判定用のデータを定期的に送信させ、そのデータが正常
か否かによって行うようにしてもよいが、例えば、請求
項３に記載のように、上位制御部からの指令値の変化量
が予め設定された異常判定値以上であるときに、上位制
御部の異常を判定するようにすれば、カードＰＣの処理
動作に負担をかけることなく、異常判定を行うことがで
きる。

【００１５】また、判定手段及び駆動停止手段として
は、専用の回路にて構成することもできるが、駆動制御
部には、スレーブＣＰＵが備えられているため、請求項
４に記載のように、このスレーブＣＰＵが実行するプロ
グラムにて、判定手段及び駆動停止手段としての機能を
実現するようにしてもよい。そして、このようにすれ
ば、駆動制御部の構成部品を増やすことなく信頼性の高
い制御装置を実現でき、制御装置の簡素化を図ることが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基
づき説明する。図１は、本発明が適用された実施例のロ
ボット制御装置全体の構成を表す概略構成図である。

【００１７】本実施例のロボット制御装置は、産業用ロ
ボットの各軸に設けられた複数のＡＣサーボモータ（永
久磁石式同期モータ；以下単にモータという）２を各々
駆動して各軸の位置決めを行うためのものであり、各軸
のモータ２を夫々駆動する、駆動部としてのインバータ
回路１２（図では、一つのモータ２に対する一つのイン
バータ回路１２のみを示す）、このインバータ回路１２
を制御（ＰＷＭ制御）することによりモータ２を駆動制
御する駆動制御部１４、この駆動制御部１４との間で前
述の指令値を含むモータ制御のための各種データを授受
する上位制御部１６を備える。尚、インバータ回路１２
は、各軸のモータ２毎に、一つの基板（パワーボード）
２２に組み付けられ、駆動制御部１４及び上位制御部１
６は、同一の基板（メインボード）２４に組み付けられ
ている。

【００１８】また、ロボット制御装置には、上位制御部
１６の機能を拡張する機能拡張用回路が組み付けられた
拡張ボード（ネットワークに接続するための通信用ボー
ド等）２６、ロボット２に設けられたセンサからの信号
を取り込んだり、他のアクチュエータ駆動用の制御信号
を出力したりするための入出力回路及びコネクタが組み
付けられたＩ／Ｏボード２８、上記各部に電源供給を行
うための電源回路が組み付けられた電源ボード３０も備
えられる。

【００１９】そして、拡張ボード２６及びＩ／Ｏボード
２８は、夫々、その配線パターンを上位制御部１６のバ
スラインに接続するためのコネクタＣ１，Ｃ２を介し
て、メインボード２４に直結されている。また、電源ボ
ード３０は、一対のコネクタＣ３及び電源線を介して、
メインボード２４に接続されると共に、コネクタＣ４，
電源線及びパワーボード２２側のコネクタＣ５を介し
て、パワーボード２２に接続され、上記各部に電源を供
給するようにされている。

【００２０】インバータ回路１２は、電源ボード３０か
らモータ駆動用の直流高電圧（例えば２８０Ｖ）が供給
される電源ライン１２ａ，１２ｂ間に、パワートランジ
スタ等からなる６個のスイッチング素子Ｔｒを三相ブリ
ッジ接続すると共に、各スイッチング素子Ｔｒに並列に
帰還ダイオードＤｆを接続してなる周知構成を備えてお
り、その３本の出力ライン１２ｏ（図では１相分のみを
示す）が、夫々コネクタＣ５を介して、モータ２のＵ，
Ｖ，Ｗ相の巻線に接続されている。なお、この出力ライ
ン１２ｏには、モータ２に流れる電流を検出するための
電流センサＳｉが設けられ、また、図示しないが、ノイ
ズ抑制用のコイルも挿設されている。

【００２１】また、パワーボード２２は、コネクタＣ
６，信号線及びメインボード２４側のコネクタＣ７を介
して、メインボード２４（詳しくは駆動制御部１４）に
接続され、駆動制御部１４から出力された各相毎の駆動
信号（ＰＷＭ信号）がインバータ回路１２に入力される
と共に、電流センサＳｉからの検出信号が駆動制御部１
４側に出力される。そして、パワーボード２２側では、
駆動制御部１４からの駆動信号がアンプ１２ｃにて増幅
されて、インバータ回路１２に入力される。尚、メイン
ボード２４において、上位制御部１６と駆動制御部１４
とのグランドラインは各々独立して形成されており、そ
のうち駆動制御部１４のグランドラインは、インバータ
回路１２のグランドラインと同電位となるように設定さ
れている。

【００２２】また、モータ２には、その位置や速度を検
出するためのエンコーダ４が設けられており、エンコー
ダ４からの検出信号も、コネクタＣ７を介して、駆動制
御部１４に入力される。次に、駆動制御部１４は、スレ
ーブＣＰＵ３２、デュアルポートＲＡＭ３４、電流制御
部３６、エンコーダ４からの検出信号が入力されるエン
コーダインタフェース（ＩＦ）３８、電流センサＳｉか
らの検出信号が入力されるＡ／Ｄ変換部３９を備える。
そして、スレーブＣＰＵ３２は、上位制御部１６から各
モータ２の制御目標を表す指令値を受けて、指令値とエ
ンコーダ４及び電流センサＳｉからの検出信号等に基づ
き、モータ２の各相に対する電流指令値を求め、電流制
御部３６からその電流指令値に対応した駆動信号を出力
させることにより、インバータ回路１２側の各スイッチ
ング素子Ｔｒをオン，オフさせて、インバータ回路１２
をＰＷＭ制御する。

【００２３】一方、上位制御部１６は、ロボットの軌道
生成や、モータ制御以外のマンマシン関係等の制御を行
うためのものであり、ホストＣＰＵとして、汎用コンピ
ュータである前述のカードＰＣ４０を備えると共に、こ
のカードＰＣ４０を動作させるための制御プログラムが
記憶されたフラッシュＲＯＭ（特許請求の範囲に記載の
メモリ）４２、バックアップＲＡＭ４４、デュアルポー
トＲＡＭ４６を備える。そして、これら各部はバスライ
ンを介して相互に接続されると共に、拡張ボード２６及
びＩ／Ｏボード２８も接続される。

【００２４】尚、駆動制御部１４及び上位制御部１６に
設けられたデュアルポートＲＡＭ３４，４６は、モータ
制御のための指令値等、これら各部間で授受するデータ
を一時蓄えるためのものであり、スレーブＣＰＵ３２及
びカードＰＣ４０によりデータが読み書きされるだけで
なく、一対のフォトカプラ４８を介して、内部のデータ
が双方向に送受信される。これは、ノイズ対策のため
に、上位制御部１６と駆動制御部１４との電源（グラン
ドライン）を完全に分離させるためである。従って、ス
レーブＣＰＵ３２及びカードＰＣ４０は、互いにノイズ
の影響を受けることなくデータを授受することができ
る。

【００２５】そして、駆動制御部１４は、このようにデ
ュアルポートＲＡＭ３４に書き込まれる指令値に従いモ
ータ制御を行い、指令値やモータ２の回転等に異常があ
った場合には、モータ２の駆動を停止して警報を発す
る。即ち、図２に示す如く、駆動制御部１４（詳しくは
スレーブＣＰＵ３２）がモータ制御を行う際には、まず
Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）にて、デュアルポート
ＲＡＭ３４に書き込まれた上位制御部１６側からの指令
値を読み込み、続くＳ１２０にて、その読み込んだ指令
値と前回読み込んだ指令値との偏差から指令値の変化量
を求め、この変化量が予め設定されたしきい値（異常判
定値）よりも小さいか否かによって、指令値が正常であ
るか否かを判断し、判定手段としての処理を実行する。

【００２６】そして、指令値の変化量がしきい値よりも
小さく、今回読み込んだ指令値は正常であると判断する
と、Ｓ１３０にて、電流センサＳｉ及びエンコーダ４か
らの検出信号（センサ信号）を読み込み、続くＳ１４０
にて、この読み込んだセンサ信号に基づき、モータ電流
やモータ２の回転状態が正常であるか否かを判断する。
そして、Ｓ１４０にて、モータ２が正常に動作している
と判断されると、Ｓ１５０に移行して、モータ２に対す
る電流指令値を求め、電流制御部３６から駆動信号を出
力させ、モータ制御を実行する。

【００２７】一方、Ｓ１２０にて、上位制御部１６側か
らの指令値が異常であると判断されるか、或いはＳ１４
０にて、モータ２の動作が異常であると判断されると、
Ｓ１６０に移行する。そして、Ｓ１６０では、電流制御
部３６からインバータ回路１２への駆動信号の出力を停
止させることにより、モータ２の駆動を停止し、更に、
図示しない警告ランプやブザー等を駆動して、使用者に
対し警告を発する、駆動停止手段としての処理を実行す
る。

【００２８】また、上位制御部１６において、カードＰ
Ｃ４０には、キーボード，マウス，ディスプレイ，プリ
ンタ等を接続するための入出力ポートが備えられること
から、メインボード２４には、この入出力ポートにこれ
らコンピュータ周辺機器を接続するための配線パターン
が形成されおり、カードＰＣ４０は、この配線パターン
を介してコンピュータ周辺機器に接続されて、マンマシ
ン関係の制御を行う。

【００２９】以上説明したように、本実施例のロボット
制御装置では、上位制御部１６において制御を司るホス
トＣＰＵとして、カードＰＣ４０が使用され、上位制御
部１６と駆動制御部１４とが同一基板（つまりメインボ
ード２４）に組み付けられる（図３（ｂ）参照）。従っ
て、上位制御部１６のホストＣＰＵに汎用コンピュータ
を用いるに当たって、図３（ａ）に示したようなマザー
ボードを有する一般的な汎用コンピュータ（ディスクト
ップ型，タワー型等）を使用した場合に比べて、装置構
成を簡素化でき、制御装置の小型化を図ることができ
る。

【００３０】また、本実施例では、駆動制御部１４側の
スレーブＣＰＵ３２がモータ２の駆動制御を行う際に
は、図２に示したモータ制御処理によって、上位制御部
１６から受けた指令値の異常判定を行い、指令値に異常
がある場合には、モータ２の駆動を停止させる。従っ
て、上位制御部１６のホストＣＰＵとして、制御装置専
用のＣＰＵを使用せず、汎用コンピュータ（カードＰＣ
４０）を使用しているものの、コンピュータの暴走等に
よって生じる誤制御を防止することができ、ロボット制
御装置としての信頼性を確保することができる。

【００３１】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施例で
は、ＡＣサーボモータをインバータ回路により駆動する
ロボット制御装置に本発明を適用した場合について説明
したが、他のモータ、或いはソレノイドを使った電磁式
アクチュエータ等、電気的に制御可能なアクチュエータ
を複数備えた制御対象を制御する装置であれば、本発明
を適用することにより、上記実施例と同様の効果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のロボット制御装置の構成を表す構成
図である。

【図２】 駆動制御部で実行されるモータ制御処理を表
すフローチャートである。

【図３】 汎用コンピュータのマザーボードに制御装置
の制御系を組み付けた場合とカードＰＣを使って制御系
を構成した場合とを比較して表す説明図である。

【符号の説明】

２…モータ、４…エンコーダ、１２…インバータ回路、
１４…駆動制御部、１６…上位制御部、２２…パワーボ
ード、２４…メインボード、４０…カードＰＣ、４２…
フラッシュメモリ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象に設けられた複数のアクチュエ
   ータを各々駆動する駆動部と、 スレーブＣＰＵを備え、外部から入力される指令値に従
   い前記駆動部を介して前記複数のアクチュエータを各々
   制御する駆動制御部と、 ホストＣＰＵを備え、前記制御対象を目標状態に制御す
   るための前記各アクチュエータの制御量を設定して、前
   記駆動制御部に該制御量に対応した指令値を出力する上
   位制御部と、 を備えた制御装置において、 前記上位制御部のホストＣＰＵを、コンピュータ周辺機
   器を接続可能なカード型の汎用コンピュータにて構成す
   ると共に、 前記上位制御部に、該カード型汎用コンピュータに前記
   アクチュエータ制御のための演算処理を実行させるプロ
   グラムが記憶されたメモリを設け、 該メモリ及び前記カード型汎用コンピュータを含む前記
   上位制御部と、前記駆動制御部とを、同一基板に形成し
   たことを特徴とする制御装置。
2. 【請求項２】 前記駆動制御部は、前記上位制御部が正
   常に動作しているか否かを判定する判定手段と、該判定
   手段にて前記上位制御部が異常動作していると判断され
   ると、前記駆動部による前記アクチュエータの駆動を停
   止させる駆動停止手段と、を備えることを特徴とする請
   求項１に記載の制御装置。
3. 【請求項３】 前記判定手段は、前記上位制御部からの
   指令値の変化量が予め設定された異常判定値以上である
   とき、前記上位制御部の異常動作を判定することを特徴
   とする請求項２に記載の制御装置。
4. 【請求項４】前記判定手段及び前記駆動停止手段は、前
   記スレーブＣＰＵがプログラムを実行することにより実
   現されることを特徴とする請求項２又は３に記載の制御
   装置。