KR20170078790A

KR20170078790A - 제어 회로 기판 및 로봇 제어 장치

Info

Publication number: KR20170078790A
Application number: KR1020177014761A
Authority: KR
Inventors: 요시키 산토
Original assignee: 가와사끼 쥬고교 가부시끼 가이샤
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-07-07
Also published as: US10251275B2; EP3213884B1; JP2016092111A; KR102112390B1; WO2016068264A1; EP3213884A4; JP6545447B2; CN107107341A; CN107107341B; US20170318679A1; EP3213884A1

Abstract

제어 회로 기판(1)은, 기판 부재(4)의 각 면에 제1 및 제2 소자(5, 6)를 구비한다. 제1 및 제2 소자(5, 6)는, 각각, 서로 대향하는 제1 및 제3 가장자리부(9, 11)와, 서로 대향하는 제2 및 제4 가장자리부(10, 12)를 갖는다. 제1 가장자리부(9)에는 복수의 신호 입력 핀(I1~I5)이, 제3 가장자리부(11)에는 복수의 신호 출력 핀(O1~O5)이, 제2 가장자리부(10)에는 복수의 소자간 통신 입력 핀(A1~A5)이, 제4 가장자리부(12)에는 복수의 소자간 통신 출력 핀(B1~B5)이 각각 설치되어 있다. 공통의 신호가 제1 및 제2 소자(5, 6)에 입력되고, 제1 소자(5)와 제2 소자(6)의 사이에서 통신이 행해진다. 기판의 대형화나 개발·제조 코스트의 증대를 억제하면서, 제어 기능의 상실을 확실히 방지할 수 있다.

Description

제어 회로 기판 및 로봇 제어 장치{CONTROL CIRCUIT BOARD AND ROBOT CONTROL DEVICE}

본 발명은, 로봇 제어 장치에 내장되는 제어 회로 기판 및 이 기판을 구비한 로봇 제어 장치에 관한 것이며, 특히, 제어 회로를 구성하는 소자의 단일 고장에 의한 제어 기능의 상실을 방지하는 기능을 구비한 제어 회로 기판 및 이 기판을 구비한 로봇 제어 장치에 관한 것이다.

산업 로봇으로서 이용되는 다축 로봇 등에 있어서는, 사람이나 장애물이 작업 영역에 들어가거나, 동작 불량이 생기거나 했을 경우 등의 긴급시에, 로봇을 긴급 정지시켜 안전을 확보할 필요가 있다. IEC60204-1이나 ISO10218-1 규격에는, 로봇의 긴급 정지에 관해서, 위험도나 작업 상황(물품의 보유 상황 등)에 따라 복수의 정지 형태가 규정되어 있다.

상기한 바와 같이 산업용 로봇은, 그 안전성을 확보하는 것이 매우 중요하고, 긴급시에는 그 동작을 확실히 정지시킬 필요가 있다. 그 때문에, 로봇 제어 장치에 있어서는, 로봇의 제어 회로를 구성하는 소자의 단일 고장에 의한 제어 기능의 상실을 방지하는 연구가 실시되어 있다(특허 문헌 1).

일본국 특허공개 2004-330346호 공보

그런데, 로봇 제어 장치의 제어 회로에 대해서, 그 안전 기능의 상실을 방지하기 위한 연구를 실시하기 위해서는, 기판에 실장하는 소자의 수나 종류를 늘릴 필요가 있고, 기판의 대형화나 개발·제조 코스트의 증대를 초래한다는 문제가 있다.

본 발명은, 상술한 종래의 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 기판의 대형화나 개발·제조 코스트의 증대를 억제하면서, 제어 기능의 상실을 확실히 방지할 수 있는 제어 회로 기판 및 이 기판을 구비한 로봇 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 형태는, 로봇 제어 장치에 내장되는 제어 회로 기판으로서, 기판 부재와, 상기 기판 부재의 각 면에 각각 설치된 제1 소자 및 제2 소자를 구비하고, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자는, 각각, 서로 대향하는 제1 가장자리부 및 제3 가장자리부와, 서로 대향하는 제2 가장자리부 및 제4 가장자리부를 가지며, 상기 제1 가장자리부에는 복수의 신호 입력 핀이 설치되고, 상기 제3 가장자리부에는 복수의 신호 출력 핀이 설치되고, 상기 제2 가장자리부에는 복수의 소자간 통신 입력 핀이 설치되고, 상기 제4 가장자리부에는 복수의 소자간 통신 출력 핀이 설치되고, 공통의 신호가 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자에 입력됨과 더불어, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자의 사이에서 통신이 행해지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 복수의 소자간 통신 입력 핀 및 상기 복수의 소자간 통신 출력 핀의 핀 기능에 관한 배치가, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자에서 공통되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 형태는, 제1 또는 제2 형태에 있어서, 상기 복수의 신호 입력 핀 및 상기 복수의 신호 출력 핀의 핀 기능에 관한 배치가, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자에서 공통되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 형태는, 제1 또는 제2 형태에 있어서, 상기 복수의 신호 입력 핀 및 상기 복수의 신호 출력 핀의 핀 기능에 관한 배치가, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자에서 반전되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5 형태는, 제1 내지 제4 중 어느 한 형태에 있어서, 상기 제1 소자의 상기 제1 가장자리부 내지 제4 가장자리부와 상기 제2 소자의 상기 제1 가장자리부 내지 제4 가장자리부가, 상기 기판 부재를 사이에 두고 대향해서 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6 형태는, 제1 내지 제5 중 어느 한 형태에 있어서, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자가, 각각, 프로그래머블 논리 디바이스인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7 형태는, 로봇의 동작을 제어하기 위한 로봇 제어 장치로서, 제1 내지 제6 중 어느 하나의 제어 회로 기판이 내장된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기판의 대형화나 개발·제조 코스트의 증대를 억제하면서, 제어 기능의 상실을 확실히 방지할 수 있는 제어 회로 기판 및 이 기판을 구비한 로봇 제어 장치를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 한 실시 형태에 의한 제어 회로 기판이 내장된 로봇 제어 장치 및 이 로봇 제어 장치로 제어되는 로봇을 나타낸 모식도.
도 2는, 본 발명의 한 실시 형태에 의한 제어 회로 기판의 개략 구성을 나타낸 정면도.
도 3은, 도 2에 나타낸 제어 회로 기판에 있어서의 표면측(이면측) 소자의 개략 구성을 나타낸 평면도.
도 4a는, 도 3에 나타낸 표면측(이면측) 소자의 개략 구성을 나타낸 정면도.
도 4b는, 도 3에 나타낸 표면측(이면측) 소자의 개략 구성을 나타낸 우측면도.
도 4c는, 도 3에 나타낸 표면측(이면측) 소자의 개략 구성을 나타낸 배면도.
도 4d는, 도 3에 나타낸 표면측(이면측) 소자의 개략 구성을 나타낸 좌측면도.
도 5는, 도 2에 나타낸 제어 회로 기판에 있어서의 표면측 소자 및 이면측 소자의 배치 구성을 설명하기 위한 모식적인 분해 사시도.
도 6a는, 도 2에 나타낸 제어 회로 기판에 있어서의 표면측 소자, 이면측 소자, 및 기판 부재의 배치 구성을 설명하기 위한 모식적인 우측면도.
도 6b는, 도 2에 나타낸 제어 회로 기판에 있어서의 표면측 소자, 이면측 소자, 및 기판 부재의 배치 구성을 설명하기 위한 모식적인 좌측면도.
도 7a는, 도 2에 나타낸 제어 회로 기판에 있어서의 표면측 소자, 이면측 소자, 및 기판 부재의 배치 구성을 설명하기 위한 다른 모식적인 우측면도.
도 7b는, 도 2에 나타낸 제어 회로 기판에 있어서의 표면측 소자, 이면측 소자, 및 기판 부재의 배치 구성을 설명하기 위한 다른 모식적인 좌측면도.
도 8은, 도 2에 나타낸 제어 회로 기판에 있어서의 표면측 소자, 이면측 소자, 및 기판 부재의 배치 구성을 설명하기 위한 모식적인 사시도.
도 9는, 도 2에 나타낸 실시 형태의 한 변형예에 의한 제어 회로 기판에 있어서의 표면측 소자의 개략 구성을 나타낸 평면도.
도 10은, 도 2에 나타낸 실시 형태의 한 변형예에 의한 제어 회로 기판에 있어서의 이면측 소자의 개략 구성을 나타낸 평면도.
도 11은, 도 2에 나타낸 실시 형태의 한 변형예에 의한 제어 회로 기판에 있어서의 표면측 소자 및 이면측 소자의 배치 구성을 설명하기 위한 모식적인 분해 사시도.

이하, 본 발명의 한 실시 형태에 의한 제어 회로 기판을 구비한 로봇 제어 장치에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)은, 산업 로봇(2)으로서의 다축 로봇 등의 동작을 제어하기 위한 로봇 제어 장치(3)에 내장되어 있고, 로봇 제어 장치(3)는, 예를 들면 티치펜던트이다. 제어 회로 기판(1)은, 예를 들면, 로봇(2)의 비상 정지나 동작 허가 등에 관한 신호를 생성할 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)은, 기판 부재(프린트 기판)(4)와, 기판 부재(4)의 각 면에 각각 실장된 표면측 소자(제1 소자)(5) 및 이면측 소자(제2 소자)(6)를 갖는다. 표면측 소자(5)와 이면측 소자(6)는, 기판 부재(4)를 사이에 두고 대향 배치되어 있다.

표면측 소자(5) 및 이면측 소자(6)는, 각각, 프로그래머블 논리 디바이스로 구성되어 있고, 바람직하게는, CPLD(Complex Programmable Logic Device)로 구성되어 있다.

본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)에 있어서는, 표면측 소자(5) 및 이면측 소자(6)는 서로 공통의 사양으로 되어 있다. 즉, 소자의 각 가장자리부에 배치되는 복수의 핀(7, 8)의 핀 기능에 관한 배치가, 표면측 소자(5)와 이면측 소자(6)의 사이에서 모두 공통되어 있다.

도 3, 및 도 4a 내지 도 4d에 나타낸 바와 같이, 표면측 소자(5) 및 이면측 소자(6)는, 각각, 서로 대향하는 제1 가장자리부(9) 및 제3 가장자리부(11)와, 서로 대향하는 제2 가장자리부(10) 및 제4 가장자리부(12)를 갖는다. 제1 가장자리부(9)에는 복수의 외부 신호 입력 핀(I1~I5(7, 8))이 설치되고, 제3 가장자리부(11)에는 복수의 외부 신호 출력 핀(O1~O5(7, 8))이 설치되어 있다. 제2 가장자리부(10)에는 복수의 소자간 통신 입력 핀(A1~A5(7, 8))이 설치되고, 제4 가장자리부(12)에는 복수의 소자간 통신 출력 핀(B1~B5(7, 8))이 설치되어 있다.

그리고, 본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)에 있어서는, 한쪽의 소자(7(8))의 소자간 통신 입력 핀(A1)과, 다른쪽의 소자(8(7))의 소자간 통신 출력 핀(B1)이 통신을 행한다. 마찬가지로, 한쪽의 소자(7(8))의 소자간 통신 입력 핀(A2)과, 다른쪽의 소자(8(7))의 소자간 통신 출력 핀(B2)이 통신을 행하고, 한쪽의 소자(7(8))의 소자간 통신 입력 핀(A3)과, 다른쪽의 소자(8(7))의 소자간 통신 출력 핀(B3)이 통신을 행하고, 한쪽의 소자(7(8))의 소자간 통신 입력 핀(A4)과, 다른쪽의 소자(8(7))의 소자간 통신 출력 핀(B4)이 통신을 행한다.

또한, 도 3, 및 도 4a 내지 도 4d(및 이후의 도면)에 있어서는, 각 가장자리부(9~12)에 5개의 핀을 설치한 구성을 나타내고 있지만, 각 가장자리부(9~12)에 설치하는 핀의 수는 이것으로 한정되는 것은 아니다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 표면측 소자(5)의 제1 가장자리부(9) 내지 제4 가장자리부(12)와 이면측 소자(6)의 제1 가장자리부(9) 내지 제4 가장자리부(12)가 대향해서 배치되어 있다. 구체적으로는, 표면측 소자(5)의 제1 가장자리부(9)가 이면측 소자(6)의 제1 가장자리부(9)에 대향해 있고, 표면측 소자(5)의 제2 가장자리부(10)가 이면측 소자(6)의 제4 가장자리부(12)에 대향해 있고, 표면측 소자(5)의 제3 가장자리부(11)는 이면측 소자(6)의 제3 가장자리부(11)에 대향해 있고, 표면측 소자(5)의 제4 가장자리부(12)는 이면측 소자(6)의 제2 가장자리부(10)에 대향해 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 기판 부재(4)의 표면(이면)에 수직인 방향(기판 수선 방향)에서 보았을 때에 표면측 소자(5) 및 이면측 소자(6)가 완전히 겹치도록 양 소자를 배치하고 있다. 단, 양 소자의 배치(5, 6)는 이것으로 한정되는 것이 아니라, 기판 수선 방향에서 보았을 때에 양 소자가 완전히 겹쳐 있지 않아도 된다.

도 5 및 도 6a에 나타낸 바와 같이, 표면측 소자(5)의 제2 가장자리부(10)와 이면측 소자(6)의 제4 가장자리부(12)가, 기판 부재(4)를 사이에 두고 대향해서 배치되어 있다. 즉, 표면측 소자(5)의 소자간 통신 입력 핀(A1~A5)이, 각각, 이면측 소자(6)의 소자간 통신 출력 핀(B1~B5)에 대향해서 배치되어 있다.

도 5 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 표면측 소자(5)의 제4 가장자리부(12)와 이면측 소자(6)의 제2 가장자리부(10)가, 기판 부재(4)를 사이에 두고 대향해서 배치되어 있다. 즉, 표면측 소자(5)의 소자간 통신 출력 핀(B1~B5)이, 각각, 이면측 소자(6)의 소자간 통신 입력 핀(A1~A5)에 대향해서 배치되어 있다.

도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 기판 부재(4)에는, 표면측 소자(5)와 이면측 소자(6)의 사이에서 핀들을 전기적으로 접속하기 위한 패턴(배선)(13)이 형성되어 있다.

그리고, 본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)에 있어서는, 패턴(13)에 의해 접속되는 핀들이, 기판 부재(4)를 사이에 두고 서로 대향해서 배치되어 있으므로, 핀들을 접속하기 위한 패턴 길이를 최단화할 수 있다. 예를 들면, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 표면측 소자(5)의 소자간 통신 입력 핀(A1)은, 접속처인 이면측 소자(6)의 소자간 통신 출력 핀(B1)에 대향해서 배치되어 있다. 마찬가지로, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 표면측 소자(5)의 소자간 통신 출력 핀(B1)은, 접속처인 이면측 소자(6)의 소자간 통신 입력 핀(A1)에 대향하여 배치되어 있다.

도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)에 있어서는, 공통의 외부 신호가, 표면측 소자(5) 및 이면측 소자(6)의 각각의 외부 신호 입력 핀(I1~I5)에 입력된다. 그리고, 통상시에 있어서는, 공통의 외부 신호가, 표면측 소자(5) 및 이면측 소자(6)의 각각의 외부 신호 출력 핀(O1~O5)으로부터 출력된다.

외부 신호 출력 핀(O1~O5)으로부터 출력되는 신호는, 예를 들면, 로봇(2)의 비상 정지나 동작 허가 등에 관한 신호를 생성하기 위한 입력 신호이다.

본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)에 있어서는, 상술한 바와 같이 표면측 소자(5)와 이면측 소자(6)의 사이에서 통신이 행해지고 있다. 그리고, 한쪽의 소자(7(8))에 이상이 생겼을 경우에는, 다른쪽의 소자(8(7))가 그 이상을 검출하고, 로봇(2)이 동작 중이면 그 동작이 정지되고, 정지 중이면 동작할 수 없게 구성되어 있다. 이로 인해, 제어 회로를 구성하는 소자의 단일 고장에 의한 제어 기능의 상실을 방지할 수 있다.

그리고, 본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)에 있어서는, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 표면측 소자(5)에 있어서 외부 신호 입력 핀(I1~I5)이 배치된 제1 가장자리부(9)와, 이면측 소자(6)에 있어서 외부 신호 입력 핀(I1~I5)이 배치된 제1 가장자리부(9)가 대향해서 배치되어 있다. 마찬가지로, 표면측 소자(5)에 있어서 외부 신호 출력 핀(O1~O5)이 배치된 제3 가장자리부(11)와, 이면측 소자(6)에 있어서 외부 신호 출력 핀(O1~O5)이 배치된 제3 가장자리부(11)가 대향해서 배치되어 있다.

이 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 외부 신호 입력측과 외부 신호 출력측이 분리되고, 패턴(배선)(13)(도 6a 등)을 간략화할 수 있다. 또, 상술한 바와 같이 소자간 통신에 관한 패턴(13)을 최단화할 수 있으므로, 제어 회로 기판(1)에 있어서의 패턴 면적을 축소할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 의한 제어 회로 기판(1)에 있어서는, 표면측 소자(5)와 이면측 소자(6)에서 공통 사양의 소자를 사용할 수 있으므로, 개발·제조 코스트를 저감할 수 있다.

상술한 실시 형태의 한 변형예로서는, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 복수의 외부 신호 입력 핀(I1~I5) 및 복수의 외부 신호 출력 핀(O1~O5)의 핀 기능에 관한 배치를, 표면측 소자(5)와 이면측 소자(6)에서 반전시켜도 된다.

이 경우, 도 11에 나타낸 바와 같이, 표면측 소자(5)의 외부 신호 입력 핀(I1~I5)이, 각각, 이면측 소자(6)의 외부 신호 입력 핀(I1~I5)에 대향해서 배치된다. 마찬가지로, 표면측 소자(5)의 외부 신호 출력 핀(O1~I5)이, 각각, 이면측 소자(6)의 외부 신호 출력 핀(O1~O5)에 대향해서 배치된다.

따라서, 본예에 있어서는, 외부 신호 입력측 및 외부 신호 출력측의 각각에 있어서, 패턴을 더 간소화할 수 있다. 이로 인해, 제어 회로 기판(1)에 있어서의 패턴 면적을 더 축소할 수 있다.

1: 제어 회로 기판 2: 로봇 제어 장치
3: 로봇 4: 기판 부재
5: 표면측 소자(CPLD) 6: 이면측 소자(CPLD)
7: 표면측 소자의 핀 8: 이면측 소자의 핀
9: 제1 가장자리부 10: 제2 가장자리부
11: 제3 가장자리부 12: 제4 가장자리부
13: 패턴 A1~A5: 소자간 통신 입력 핀
B1~B5: 소자간 통신 출력 핀 I1~I5: 외부 신호 입력 핀
O1~O5: 외부 신호 출력 핀

Claims

로봇 제어 장치에 내장되는 제어 회로 기판으로서,
기판 부재와,
상기 기판 부재의 각 면에 각각 설치된 제1 소자 및 제2 소자를 구비하고,
상기 제1 소자 및 상기 제2 소자는, 각각, 서로 대향하는 제1 가장자리부 및 제3 가장자리부와, 서로 대향하는 제2 가장자리부 및 제4 가장자리부를 가지며,
상기 제1 가장자리부에는 복수의 신호 입력 핀이 설치되고, 상기 제3 가장자리부에는 복수의 신호 출력 핀이 설치되고, 상기 제2 가장자리부에는 복수의 소자간 통신 입력 핀이 설치되고, 상기 제4 가장자리부에는 복수의 소자간 통신 출력 핀이 설치되고,
공통의 신호가 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자에 입력됨과 더불어, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자의 사이에서 통신이 행해지도록 구성되어 있는, 제어 회로 기판.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 소자간 통신 입력 핀 및 상기 복수의 소자간 통신 출력 핀의 핀 기능에 관한 배치가, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자에서 공통되어 있는, 제어 회로 기판.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 복수의 신호 입력 핀 및 상기 복수의 신호 출력 핀의 핀 기능에 관한 배치가, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자에서 공통되어 있는, 제어 회로 기판.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 복수의 신호 입력 핀 및 상기 복수의 신호 출력 핀의 핀 기능에 관한 배치가, 상기 제1 소자와 상기 제2 소자에서 반전되어 있는, 제어 회로 기판.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 소자의 상기 제1 가장자리부 내지 제4 가장자리부와 상기 제2 소자의 상기 제1 가장자리부 내지 제4 가장자리부가, 상기 기판 부재를 사이에 두고 대향해서 배치되어 있는, 제어 회로 기판.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 소자 및 상기 제2 소자가, 각각, 프로그래머블 논리 디바이스인, 제어 회로 기판.
로봇의 동작을 제어하기 위한 로봇 제어 장치로서,
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 제어 회로 기판이 내장된 로봇 제어 장치.