CN103009402B - 机械臂控制装置以及机械臂系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械臂控制装置以及机械臂系统。该机械臂控制装置基于拍摄机械臂或该机械臂周围的对象物的图像处理装置的处理结果来控制工业用机械臂的动作，并具有：第1通信部，其与作为外部计算机的开发用计算机进行通信；第2通信部，其经由网络与图像处理装置连接；指令处理部，其根据第1通信部接收的接通指令，接通第2通信部的通信端口，并使第2通信部开始经由网络上的服务器与图像处理装置进行通信。

Description

机械臂控制装置以及机械臂系统

技术领域

本发明涉及控制工业用机械臂的移动的机械臂控制装置、尤其涉及具有与多个外围设备的每一个进行通信的多个通信部的机械臂控制装置以及具有该机械臂控制装置和作为外围机器的一个例子的图像处理装置的机械臂系统。

背景技术

在上述那样的机械臂系统中，例如，如专利文献1所述那样，基于工业用机械臂或该工业用机械臂的外围图像由图像处理装置生成工业用机械臂的位置和工件的位置等位置信息，并通过接收该位置信息的机械臂控制装置来控制工业用机械臂的动作。例如，图像处理装置按照输入给该图像处理装置的拍摄指令而通过拍摄部对工业用机械臂的外围图像进行拍摄，并将该拍摄部拍摄的图像的数据保存于图像保存器。另外，图像处理装置按照输入给该图像处理装置的处理指令来执行规定的图像处理。例如，作为图像处理结果的一个例子，计算工件的位置、工件的形状、末端执行器的位置等。然后，图像处理装置按照输入给该图像处理装置的接收请求指令将位置信息发送给机械臂控制装置，机械臂控制装置基于该位置信息来控制工业用机械臂的动作。

另一方面，在进行这样的工业用机械臂的动作控制之前，通常根据机械臂系统的工作环境，预先通过外部的开发用计算机来开发机械臂控制装置、图像处理装置执行的各种控制程序。图4是表示在开发机械臂控制装置中的控制程序以及图像处理装置中的控制程序的每一个时的各装置和开发用计算机的连接的状态的框图。

如图4所示，构成机械臂系统的工业用机械臂51例如是利用关节部来连结多个臂51a而构成的多关节型的机械臂，该工业用机械臂51与机械臂控制装置52连接，该机械臂控制装置52控制安装于工业用机械臂51的电机的驱动。机械臂控制装置52经由USB（Universal SerialBus：通用串行总线）电缆等通信线路与连接在以太网（注册商标）等网络中的开发用计算机53连接。并且，例如在制作控制上述电机驱动的控制程序时，从机械臂控制装置52向开发用计算机53发送上述电机的旋转位置，并在开发用计算机53上显示机械臂的姿势。接下来，通过开发用计算机53进行用于决定机械臂的位置、机械臂姿势的控制程序的制作，并将其保存于机械臂控制装置52。

另一方面，构成机械臂系统的图像处理装置54由例如智能相机等拍摄部和对该拍摄部拍摄的图像实施规定的图像处理的图像处理设备构成。这样的图像处理装置54经由服务器56与也连接在以太网等网络中的其他开发用计算机55连接。一般而言，图像处理装置54和服务器56作为单一框体构成的情况较多。并且，例如在制作控制图像的处理方式的控制程序时，末端执行器51b的图像和工件W的图像的处理结果从图像处理装置54被发送到开发用计算机55。接下来，通过开发用计算机55进行基于图像的处理结果的控制程序的制作，该控制程序被保存在图像处理装置54中。

专利文献1：日本特开2009-178813号公报

但是，在开发用计算机53、55成为上位的控制器的上述连接方式中，通过开发用计算机53来制作控制电机的驱动的控制程序，另一方面，通过其他的开发用计算机55来制作控制图像的处理方式的控制程序。因此，在开发控制机械臂系统的驱动的各种控制程序时，需要相互不同的多个开发用计算机，并且还需要分别确保用于开发各个控制程序的通信线路。因此，包括开发用计算机的通信设定在内，这些各种控制程序的开发变得繁杂。

发明内容

本发明是鉴于上述问题点而完成的，其的目的在于能够提供一种能够在开发控制机械臂系统的驱动的控制程序时，实现各种装置的连接方式、各种装置的设定的简单化的机械臂控制装置以及具备该机械臂控制装置机械臂系统。

为了解决上述问题点，本发明中的机械臂控制装置的一方式的要旨如下：是一种基于拍摄机械臂或该机械臂周围的对象物的图像处理装置的处理结果来控制该机械臂的动作的机械臂控制装置，该机械臂控制装置具有：第1通信部，其与外部计算机进行通信；第2通信部，其经由网络与上述图像处理装置连接；指令处理部，其若接收到由上述外部计算机发送的接通指令时，则使上述第2通信部的通信端口接通，开始与上述图像处理装置进行通信。

根据本发明的机械臂的控制装置的一个方式，根据外部计算机发送的接通指令来接通机械臂控制装置中的第2通信部的通信端口，从而机械臂控制装置与图像处理装置能够进行通信。因此，外部计算机与图像处理装置经由机械臂控制装置能够进行通信。只要是这样的连接方式，就能够通过1个外部计算机来实现使用了机械臂控制装置的控制程序的制作和使用了图像处理装置的控制程序的制作。因此，仅对1个外部计算机确保用于制作这些控制程序的通信线路就够。因而能够实现在控制机械臂动作的控制程序的开发时简化各种装置的连接方式、各种装置的设定。

本发明中的机械臂控制装置的一个方式的要旨为：具有数据缓冲器，每当上述第2通信部接收上述图像处理装置发送的图像处理数据时，该数据缓冲器则经该第2通信部保存图像处理数据，来积存与多次接收量相应的图像处理数据群，上述指令处理部使上述第1通信部发送通过接受上述第1通信部接收的接收请求指令而由上述数据缓冲器积存的上述图像处理数据群。

第1通信部与外部计算机间的通信速度比第2通信部与图像处理装置间的通信速度小的情况并不少见。另外，第1通信部与外部计算机间的通信周期比第2通信部与图像处理装置间的通信周期长的情况也不少见。在第2通信部接收的图像处理数据按每个接收周期为单位被从第1通信部发送的数据转发的方式中，若如这样通信速度与通信周期相互不同，则一部分第2通信部多次接收的图像处理数据难以被从第1通信部发送。

这一点，根据本发明中的机械臂控制装置的一个方式，数据缓冲器积存与多次接收量相应的的图像处理数据群，第1通信部将积存于该数据缓冲器中的图像处理数据群发送给外部计算机。因此，在如上述那样，通信速度与通信周期相互不同的情况下，能够抑制第2通信部的接收的图像处理数据难以按照规定的接收周期从第1通信部被发送的情况。

本发明中的机械臂控制装置的一个方式的要旨在于，上述第1通信部具有将上述外部计算机作为主机的从动设备。

根据本发明中的机械臂控制装置的一个方式，由于外部计算机和机械臂控制装置通过将外部计算机作为主机的从动设备进行通信，所以与外部计算机和机械臂控制装置的通信相关的设定更为简单。

本发明中的机械臂控制装置的一个方式的要旨在于，上述第1通信部具有USB设备、上述第2通信部具有LAN装置。

根据本发明中的机械臂控制装置的一个方式，机械臂控制装置具有相互不同的通信方式的通信设备，所以除了提高了制作机械臂控制装置的控制程序时的方便性之外，还能够扩大机械臂控制装置本身的通信方式的多样性。

本发明中的机械臂系统的一个方式的要旨在于：该机械臂系统具有图像处理装置，其拍摄机械臂或该机械臂周围的对象物；和机械臂控制装置，其基于上述图像处理装置的处理结果来控制机械臂的动作，上述机械臂控制装置具有：第1通信部，其与外部计算机进行通信；第2通信部，其经由网络与上述图像处理装置连接；指令处理部，其根据上述第1通信部接收的接通指令来接通所述第2通信部的通信接口，并使上述第2通信部开始经由上述网络上的服务器与上述图像处理装置进行通信。

根据本发明的机械臂系统的一个方式，通过外部计算机发送的接通指令来接通机械臂控制装置中的第2通信部的通信端口，并开始机械臂控制装置与图像处理装置进行通信。因此，能够经由机械臂控制装置进行1个外部计算机与图像处理装置的通信。只要是这样的连接方式，就能够通过1个外部计算机来实现使用了机械臂控制装置的控制程序的制作和使用了图像处理装置的控制程序的制作。因此，仅对1个外部计算机确保用于生成这些控制程序的通信线路就够。因此能够在控制机械臂的动作的控制程序的开发时，实现各种装置的连接的方式和各种装置的设定的简单化。

附图说明

图1是表示将本发明的机械臂系统具体化的一个实施方式的各构成要素间的连接的方式和构成要素之一的机械臂控制装置的功能构成的功能框图。

图2是表示在该实施方式中机械臂控制装置进行的插口（socket）发送处理的处理顺序的流程图。

图3是表示在该实施方式中机械臂控制装置进行的插口接收处理的处理顺序的流程图。

图4是表示现有例子中的构成机械臂系统的构成要素间的连接方式的框图。

具体实施方式

以下参照图1~3对本发明中的机械臂控制装置以及机械臂系统的一实施方式进行说明。首先，参照图1，与机械臂控制装置的构成一起对作为在开发机械臂控制装置执行的控制程序以及图像处理装置执行的控制程序的每一个时的外部计算机的开发用计算机与各装置的连接方式进行说明。

机械臂系统的构成

构成机械臂系统的机械臂控制装置10分别与之前的图4中说明的工业用机械臂51、开发用计算机53和图像处理装置54连接。

在构成机械臂控制装置10的控制器总括部11的指令处理部11a中规定了用于机械臂控制装置10与外围设备进行通信的各种通信指令、用于机械臂控制装置10使工业用机械臂51动作的各种指令。控制器总括部11使用指令处理部11a对输入给该控制器总括部11的指令进行解释，并执行与该指令对应的处理。

顺序控制部13对由工业用机械臂51进行的工件的保持、搬运、载置、交接、这些动作的切换等工业用机械臂51执行的动作的顺序进行控制。并且，顺序控制部13为了使工业用机械臂51按照与来自控制器总括部11的指令对应的顺序进行动作，依次生成动作指示并将该动作指示输出给机械臂控制部14。

机械臂控制部14基于安装于工业用机械臂51上的电机的旋转位置和该电机的目标位置，生成与指令顺序控制部13输出的动作指示对应的位置指令。并且，机械臂控制部14生成与位置指令对应的驱动电流，并将该驱动电流供给给安装于工业用机械臂51的电机。

第1通信设备16是作为从动设备之一的USB设备，作为与开发用计算机53的USB总线的电接口而发挥作用。通信设备控制部15是作为与控制器总括部11的接口的USB控制器，其规定发送单位的数据的格式、接收单位的数据格式和错误检测的方法等。其中，由这些第1通信设备16以及通信设备控制部15构成第1通信部。

并且，若开发用计算机53的USB总线与第1通信设备16连接，通信设备控制部15则将第1通信设备16的状态变迁初始化。接下来，通信设备控制部15向开发用计算机53通知第1通信设备16的功能，使开发用计算机53准确地识别第1通信设备16。例如，通信设备控制部15向开发用计算机53通知由该通信设备控制部15规定的转发模式。由此，开发用计算机53通过识别该转发模式，从而确定这些开发用计算机53与机械臂控制装置10之间的转发模式。另外，通信设备控制部15响应开发用计算机53进行的处理请求的咨询而在满足一定条件的情况下执行数据的发送。

第2通信设备18为经由以太网网络与服务器56连接的以太网设备，并作为与以太网网络的以太网接口发挥作用。插口管理部17为与控制器总括部11的接口，其按照来自解释各种指令的上述指令处理部11a的指令管理插口。在数据缓冲器19中基于插口管理部17的判断来保存由第2通信设备18接收的图像处理数据，并积存与多次接收量相应的图像处理数据群。其中，由这些第2通信设备18以及插口管理部17构成第2通信部。

并且，若从开发用计算机53向机械臂控制装置10发送数据发送请求，插口管理部17则通过该指令处理部11a处理包含在数据发送请求中的接通指令，从而按照该指令处理部11a的指示接通第2通信设备18的通信端口。即、成为能够开始第2通信设备18与图像处理装置54的通信的状态。此外，指令处理部11a的指示被输出给第2通信设备18以前，通常通信端口关闭，从该状态仅接通通信端口，不进行第2通信设备18与图像处理装置54的通信。在第2通信设备18与图像处理装置54进行通信时，首先，接通第2通信设备18的通信端口，接着机械臂控制装置10经由第2通信设备18来指定服务器56的指定端口，从而控制装置10与图像处理装置54连接，开始控制装置10与图像处理装置54的通信。即、在插口管理部17生成由机械臂控制装置10的IP地址和通信端口的端口号构成的插口。接着，插口管理部17使用生成的插口，请求连接到服务器来确立与服务器的连接。并且，这样，插口管理部17通过被确立了连接的插口，执行与服务器56间的数据的发送以及接收。

机械臂系统的作用

接下来，参照图2以及图3对开发上述机械臂控制装置10执行的控制程序以及图像处理装置54执行的控制程序的每一个时进行的机械臂控制装置10中的插口发送处理以及插口接收处理进行说明。其中，上述控制程序的制作是通过由开发用计算机53读出用于进行该生成的应用程序，从而由开发用计算机53执行该应用程序而开始的。

首先，参照图2对由机械臂控制装置10进行的插口发送处理进行说明。如图2所示，对应服务器56，用于向机械臂控制装置10发送图像处理数据的数据发送请求从开发用计算机53经由USB被发送至第1通信设备16。此时，通信设备控制部15处理第1通信设备16接收的数据接收请求，将包含在数据接收请求中的接通指令以及动作指令输出给指令处理部11a。

指令处理部11a解释通信设备控制部15输出的接通指令，并使插口管理部17接通第2通信设备18的通信端口。进一步，插口管理部17使用接通的通信端口的端口号和赋予给机械臂控制装置10的IP地址来生成插口，从而使机械臂控制装置10与服务器56连接（步骤S11）。并且，若确立了机械臂控制装置10与服务器56的连接，则指令处理部11a解释通信设备控制部15输出的动作指令，并通过顺序控制部13以及机械臂控制部14来驱动工业用机械臂51，通过第2通信设备18来驱动图像处理装置54。

根据这样的方式，通过开发用计算机53发送的接通指令，接通机械臂控制装置10中的第2通信设备的通信端口，从而能够进行机械臂控制装置10与图像处理装置54的通信。因此，能够经由机械臂控制装置10来进行开发用计算机53与图像处理装置54的通信。即、能够通过1个开发用计算机53来实现使用了机械臂控制装置10的控制程序的制作和使用了图像处理装置54的控制程序的制作。因此，对于1个开发用计算机53仅确保用于制作这些控制程序的通信线路就够。

接下来，通信设备控制部15处理第1通信设备16接收的数据发送请求，并将发送指令转发给指令处理部11a，指令处理部11a解释发送指令，使插口管理部17执行以下的处理。

即、插口管理部17从数据缓冲器19获取保存在数据缓冲器19中的图像处理数据或图像处理数据群的容量，以开发用计算机53的指定的容量判断是否发送了图像处理数据（步骤S12）。并且，在以预先指定的容量发送保存在数据缓冲器19中的图像处理数据的情况下，通过控制器总括部11以及通信设备控制部15从第1通信设备16发送表示图像处理数据的发送成功的意思的响应（步骤S16）。

另一方面，在保存在数据缓冲器19中的图像处理数据未发送到预先指定的容量的情况下，插口管理部17向服务器56发送表示图像处理数据的发送请求的信息包（步骤S13）。接下来，插口管理部17判断信息包的发送是否成功，并在该信息包的发送失败的情况下，通过控制器总括部11以及通信设备控制部15将表示此次的数据发送请求发送失败的信息包发送给第1通信设备16。与此相对，在向服务器56发送信息包成功的情况下，插口管理器17再次获取保存在数据缓冲器19中的图像处理数据群的容量，其后，反复进行向服务器56发送信息包（步骤S13）、判断该发送是否成功的动作，直至该图像处理数据群的容量达到指定的容量（步骤S14）。

接下来，参照图3对机械臂控制装置10进行的插口接收处理进行说明。如图3所示，首先，从开发用计算机53向第1通信设备16发送数据接收请求（步骤S21）。接着，插口管理器17从数据缓冲器19获取保存在数据缓冲器19中的图像处理数据群的容量，并判断该保存的图像处理数据群是否比开发用计算机53指定的容量小（步骤S22）。即、判断保存在数据缓冲器19中的图像处理数据群是否为应发送给开发用计算机53的容量。并且，在保存在数据缓冲器19中的图像处理数据群的容量多达预先指定的容量的情况下，将表示该保存的图像处理数据群的接收成功的意思通过控制器总括部11以及通信设备控制部15发送给第1通信设备16（步骤S28）。

另一方面，在保存在数据缓冲器19中的图像处理数据或图像处理数据群的容量不足预先指定的容量的情况下，接收插口管理部17请求服务器56接收包含有图像处理数据的信息包（步骤S23）。接着，插口管理部17判断信息包的接收是否成功，在该信息包的接收失败的情况下，判断在数据缓冲器19中是否保存图像处理数据（步骤S26）。并且，在数据缓冲器19中未保存图像处理数据的情况下，将表示针对此次的数据接收请求的处理失败的信息包通过控制器总括部11以及通信设备控制部15发送给第1通信设备16。与此相对，在数据缓冲器19中保存有图像处理数据的情况下，使第1通信设备16通过控制器总括部11以及通信设备控制部15发送保存在数据缓冲器19中的图像处理数据或图像处理数据群。

另一方面，在从服务器56接收信息包成功的情况下，处理接收到的信息包，并将该信息包所包含的图像处理数据保存于数据缓冲器19（步骤S24、S25）。然后，插口管理部17再次获取保存在数据缓冲器19中的图像处理数据群的容量，其后，反复进行从服务器56接收信息包（步骤S23）、判断该接收是否成功（步骤S24）、接收到的图像处理数据的保存（步骤S25）的动作，直至该图像处理数据的容量达到指定的容量。

此时，往往第1通信设备16与开发用计算机53之间的通信速度比第2通信设备18与图像处理装置54之间的通信速度小。另外，往往第1通信设备16与开发用计算机53之间的通信周期也比第2通信设备18与图像处理装置54之间的通信周期长。在第2通信设备18接收的图像处理数据按每个接收周期为单位被从第1通信设备16发送的数据转发的方式中，若通信速度与通信周期相互不同，则一部分第2通信设备18多次接收的图像处理数据很难被从第1通信设备16发送。

这一点，根据上述那样的通信方式，数据缓冲器19积存与多次接收量相应的图像处理数据，第1通信设备16将该数据缓冲器19储存的图像处理数据发送给开发用计算机53。因此，如上述那样，在通信速度与通信周期彼此不同的情况下，能够抑制第2通信设备18接收的图像处理数据难以按照规定的接收周期从第1通信设备16发送的情况。

根据上述实施方式，能够得到以下的效果。

（1）能够经由机械臂控制装置10进行1个开发用计算机53与图像处理装置54的通信。只要是这样的连接方式，能够通过1个开发用计算机53实现针对机械臂控制装置10的控制程序的制作和针对图像处理装置54的控制程序的制作。因此，仅对1个开发用计算机53确保用于制作这些程序的通信线路就够。因而能够在开发控制工业用机械臂51的动作的程序时实现各种装置的连接的方式和各种装置的设定的简单化。

（2）数据缓冲器19积存与多次接收量相应的图像处理数据，第1通信设备16将储存在该数据缓冲器19中的图像处理数据发送给开发用计算机53。因此，在机械臂控制装置10与开发用计算机53之间的通信速度和机械臂控制装置10与图像处理装置54之间的通信速度相互不同的情况下，能够抑制第2通信设备18接收的图像处理数据难以被从第1通信设备16发送的情况。另外，即使在机械臂控制装置10与开发用计算机53之间的通信周期和机械臂控制装置10与图像处理装置54之间的通信周期相互不相同的情况下，也能够得到同样的效果。

（3）由于开发用计算机53和机械臂控制装置10通过将开发用计算机53作为主机的第1通信设备16进行通信，所以与开发用计算机53和机械臂控制装置10的通信有关的各设备的设定更为简单。

（4）由于机械臂控制装置10具有通信方式相互不同的2个通信设备16、18，所以能够提高由机械臂控制装置10制作控制程序时的方便性，提高由图像处理装置54制作控制程序时的方便性，除此之外，还能够扩大机械臂控制装置10本身的通信方式的多样性。

此外，上述实施方式也能够如以下变更来实施。

在机械臂控制装置10和图像处理装置54的通信中，除了各种工业用的以太网之外，如果是能够经由服务器进行机械臂控制装置10和图像处理装置54的通信的通信方式，也能够使用例如10Base-T和100Base-T等无线LAN。即使是这样的构成，也能够得到与上述（1）~（4）相对应的效果。

在开发用计算机53和机械臂控制装置10的通信中，还能够使用SATA（Serial Advanced Technology Attachment：串行高级技术附件）、SAS（Serial Attached Small computer system interface：串行连接小型计算机系统接口）、RS-232C、IEEE1394等。即使是这样的构成，也能够得到与上述（1）~（4）相对应的效果。

在开发用计算机53和机械臂控制装置10的通信中，也能够使用上述的各种以太网，总之是如下的构成即可，即：机械臂控制装置中的指令处理部解释第1通信部接收的接通指令来接通第2通信部的通信端口，并经由以太网上的服务器使第2通信部开始与图像处理装置的通信。只要是这样的构成，除了与上述（1）~（3）相对应的效果外，也能够缩短开发用计算机53和机械臂控制装置10之间的通信周期。

还可以是如下的构成，即：舍弃数据缓冲器19，每当在第2通信部的接收时，则经第1通信部向开发用计算机53发送该图像处理数据。即使是这样的构成，也能够得到与上述（1）~（4）相对应的效果。

符号说明

10、52：机械臂控制装置；      11：控制器总括部；

11a：指令处理部；             13：顺序控制部；

14：机械臂控制部；            15：通信设备控制部；

16：第1通信设备；             17：插口管理部；

18：第2通信设备；             19：数据缓冲器；

51：工业用机械臂；            53、55：开发用计算机；

54：图像处理装置；    56：服务器。

Claims (9)

1.一种机械臂控制装置，其特征在于，

该机械臂控制装置基于拍摄机械臂或该机械臂周围的对象物的图像处理装置的处理结果来控制该机械臂的动作，

该机械臂控制装置具有：

第1通信部，其与外部计算机进行通信；

第2通信部，其经由网络与所述图像处理装置连接；

指令处理部，其若接收到由所述外部计算机发送的接通指令，则使所述第2通信部的通信端口接通，开始与所述图像处理装置进行通信。

2.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于，

具有数据缓冲器，每当所述第2通信部接收所述图像处理装置发送的图像处理数据时，该数据缓冲器则经该第2通信部保存该图像处理数据，来积存与多次接收量相应的图像处理数据群，

所述指令处理部使所述第1通信部发送通过接受所述第1通信部接收的接收请求指令而由所述数据缓冲器积存的所述图像处理数据群。

3.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述第1通信部具有将所述外部计算机作为主机的从动设备。

4.根据权利要求2所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述第1通信部具有将所述外部计算机作为主机的从动设备。

5.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述第1通信部具有USB设备，

所述第2通信部具有LAN装置。

6.根据权利要求2所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述第1通信部具有USB设备，

所述第2通信部具有LAN装置。

7.根据权利要求3所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述第1通信部具有USB设备，

所述第2通信部具有LAN装置。

8.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于，

所述第2通信部能够经由所述网络与服务器进行通信，并通过所述指令处理部指定所述服务器的端口而与所述图像处理装置连接。

9.一种机械臂系统，其特征在于，

该机械臂系统具有：图像处理装置，其拍摄机械臂或该机械臂周围的对象物拍摄；机械臂控制装置，其基于所述图像处理装置的处理结果来控制机械臂的动作；

所述机械臂控制装置具有：

第1通信部，其与外部计算机进行通信；

第2通信部，其经由网络与所述图像处理装置连接；

指令处理部，其根据所述第1通信部接收的接通指令来接通所述第2通信部的通信端口，并使所述第2通信部开始经由所述网络上的服务器来与所述图像处理装置进行通信。