CN105612407A - 多路复用通信系统及作业用机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多路复用通信系统，该多路复用通信系统能够在将编码器信号多路复用并进行传送时适当地维持基于编码器信号的对电磁马达的控制的响应速度。多路复用通信装置的发送数据合成处理部将从直线标尺以及旋转式编码器输出的编码器信号ENCD1～ENCD8多路复用为帧数据FRMD并进行发送。发送数据合成处理部在与直线标尺以及旋转式编码器各自对应的帧数据FRMD的比特位置设定编码器信号ENCD1～ENCD8。在编码器信号ENCD1～ENCD8被设定的比特位置，按照发送帧数据FRMD的每个周期交替地设定编码器信号ENCD和表示编码器信号ENCD的数据的有无的信息。

Description

多路复用通信系统及作业用机器人
技术领域
本发明涉及多路复用通信系统及通过该多路复用通信系统来传送与作业相关的数据的作业用机器人。
背景技术
以往，在电子元件安装装置等的作业用机器人中，例如，在装配头中内置电磁马达，作为变更吸附电子元件的吸附喷嘴的位置和朝向等的驱动源。另外，作业用机器人在装置主体侧设有基于从检测所述电磁马达的位移等的编码器输出的编码器信号来对电磁马达进行驱动控制的放大部。在这种作业用机器人中，为了使吸附喷嘴高精度地向更多样的方向移动，具有想要将更多的电磁马达内置于装配头的迫切期望。另一方面，对于作业用机器人而言，若搭载于装配头的电磁马达和编码器的装置数增加，则发生连接放大部和编码器等的通信线的数量增加、配线空间扩大、或者通信线断线的可能性提高等不良情况。与之相对，为了减少放大部与编码器之间的通信线的数量，存在将编码器信号多路复用而经由共用的通信线进行传送的多路复用通信系统(例如，专利文献1等)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3186490号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述专利文献1所公开的多路复用通信系统在多个编码器被要求发送编码器信号的情况下基于预先设定的识别信息依次向共用的通信线发送。然而，在该多路复用通信系统中，在编码器信号的比特数因编码器的高分辨率化而增加的情况下、电磁马达的数量增加的情况下，将多个编码器信号依次多路复用进行传送的1个周期变长。其结果是，在放大部中，越是发送的顺序靠后的编码器，基于编码器信号的相对于电磁马达的反馈控制的响应速度越发生延迟，导致控制性能降低。因此，期望在搭载高分辨率的编码器的情况、电磁马达的装置数增加的情况下也能够维持响应速度的多路复用通信系统。
本发明是鉴于上述课题而作成的，其目的在于提供在将编码器信号多路复用进行传送时能够适当地维持基于编码器信号的相对于电磁马达的控制的响应速度的多路复用通信系统以及作业用机器人。
用于解决课题的手段
鉴于上述课题而作成的本申请所公开的技术的多路复用通信系统的特征在于，具备：多路复用单元，发送对从检测多个电磁马达的位移的编码器输出的编码器信号进行多路复用而得到的多路复用数据列；以及比特分配单元，对于多路复用数据列所包含的多个比特中的、针对发送多路复用数据列的多个发送次数中的预先设定的时机的发送次数的多路复用数据列而根据编码器进行比特分配的各个比特，对与编码器信号以及编码器信号的数据的有无相关的信息进行比特分配。
另外，在鉴于上述课题而作成的本申请中公开的技术的作业用机器人是通过可动部保持工件来实施作业的作业用机器人，通过多路复用通信系统来传送与作业相关的数据。该多路复用通信系统具备：多路复用单元，发送对从检测多个电磁马达的位移的编码器输出的编码器信号进行多路复用而得到的多路复用数据列；以及比特分配单元，对于多路复用数据列所包含的多个比特中的、针对发送多路复用数据列的多个发送次数中的、预先设定的时机的发送次数的多路复用数据列而根据编码器进行比特分配的各个比特，对与编码器信号以及编码器信号的数据的有无相关的信息进行比特分配。
发明效果
根据本申请所公开的技术，能够提供在将编码器信号多路复用进行传送时能够适当地维持基于编码器信号的相对于电磁马达的控制的响应速度的多路复用通信系统以及作业用机器人。
附图说明
图1是用于说明本实施例的作业用机器人的示意图。
图2是表示多路复用通信装置的发送数据合成处理部的框图。
图3是表示多路复用通信装置的接收数据分离处理部的框图。
图4是表示作为在多路复用通信系统中传送的多路复用数据列的帧数据的结构与发送数据的关系的图。
图5是表示控制器与多路复用通信装置的启动后的处理内容的流程图。
图6是表示控制器与多路复用通信装置的启动后的处理内容的流程图。
图7是用于说明放大器与直线标尺之间的通信的示意图。
图8是表示在放大器与直线标尺之间传送的数据的结构的图。
图9是表示作为在其他例的多路复用通信系统中传送的多路复用数据列的帧数据的结构与发送数据之间的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。首先，作为应用本申请的通信系统的装置的一个例子，说明作业用机器人。
(作业用机器人10的结构)
图1是表示应用于作业用机器人10的多路复用通信系统的结构的示意图。如图1所示，作业用机器人10具备：装置主体20，固定地设于供作业用机器人10设置的场所；以及可动部30，相对于装置主体20相对地移动。装置主体20具备控制器21、Y轴线性用伺服放大器22、X轴线性用伺服放大器23以及三轴旋转用伺服放大器24、25。可动部30具备Y轴用线性马达31、X轴用线性马达32以及6个旋转型伺服马达33～38。
可动部30具备根据各马达31～38的驱动而具有例如朝向X轴、Y轴以及Z轴各方向的自由度并且被进行位移驱动的机械臂。作业用机器人10是基于控制器21的控制例如向在生产线上搬运的对象物实施可动部30(机械臂)所保持的工件的安装等作业的作业用机器人。控制器21将具备CPU、RAM等的计算机构成作为主体。控制器21通过域网络用线缆41与各放大器22～25的从属电路(省略图示)连接。这里所谓的域网络(控制用网络)是指例如MECHATROLINK(注册商标)-III，构建控制器21成为主体、与连接于从属电路的放大器22～25进行数据的收发的网络，实现配线的整合(减少)等而实现网络构建的成本降低。
放大器22～25各自通过编码器用线缆42与多路复用通信装置29连接。在作业用机器人10中，设于装置主体20的多路复用通信装置29通过多路通信用线缆11与设于可动部30的多路复用通信装置39连接。多路通信用线缆11是例如以GigabitEtherenet(注册商标)的通信标准为基准的LAN线缆或者以USB(UniversalSerialBus：通用串行总线)3.0的通信标准为基准的USB线缆。作业用机器人10将设于可动部30的各马达33～38的编码器信号通过多路复用通信装置39而多路复用为帧数据FRMD，经由多路通信用线缆11向多路复用通信装置29传送。多路复用通信装置29解除接收到的帧数据FRMD的多路复用并传输给与各个编码器信号对应的放大器22～25。
控制器21经由放大器22～25来控制可动部30的各马达31～38。Y轴线性用伺服放大器22与可动部30的Y轴用线性马达31对应。在可动部30中设有检测根据Y轴用线性马达31的驱动在沿着Y轴方向的导轨上移动的可动部30(机械臂)的位置的直线标尺51。直线标尺51将可动部30的Y轴方向的位置(Y坐标值)等编码器信号向通信协议转换器52输出。通信协议转换器52通过编码器用线缆61与多路复用通信装置39连接。通信协议转换器52经由多路复用通信装置29、39将直线标尺51的编码器信号向Y轴线性用伺服放大器22发送。Y轴线性用伺服放大器22将传输来的编码器信号经由域网络用线缆41向控制器21传输。控制器21基于直线标尺51的编码器信号经由Y轴线性用伺服放大器22来控制Y轴用线性马达31。在可动部30中，根据Y轴用线性马达31的驱动，例如机械臂沿Y轴方向被驱动。
同样，X轴线性用伺服放大器23与可动部30的X轴用线性马达32对应。在可动部30中设有检测根据X轴用线性马达32的驱动在沿着X轴方向的导轨上移动的可动部30的位置的直线标尺53。直线标尺53的编码器信号经由通信协议转换器54向多路复用通信装置39输出。控制器21基于直线标尺53的编码器信号经由X轴线性用伺服放大器23来控制X轴用线性马达32。
旋转型伺服马达33～35(以下有时称为“伺服马达”)构成三个输出轴，例如使机械臂的保持工件的爪部向X轴、Y轴、Z轴各方向或旋转方向等驱动。此外，伺服马达36～38具有与伺服马达33～35相同的结构，因此适当省略其说明。设于各伺服马达33～35的旋转式编码器55将各伺服马达33～35的位置信息等编码器信号经由编码器用线缆61向多路复用通信装置39输出。三轴旋转用伺服放大器(以下有时称为“伺服放大器”)24基于经由多路复用通信装置29、39传输来的编码器信号来驱动各伺服马达33～35。例如，伺服马达33是具有U相、V相、W相的各相的线圈的由三相交流驱动的伺服马达，各相的线圈经由未图示的电源线与伺服放大器24连接。伺服马达33根据从伺服放大器24经由电源线供给的三相交流被驱动。同样，其他的各伺服马达34、35根据从伺服放大器24经由电源线供给的三相交流被驱动。此外，设于各伺服马达36～38的旋转式编码器57将各伺服马达36～38的编码器信号经由编码器用线缆61向多路复用通信装置39输出。伺服放大器25基于经由多路复用通信装置29、39传输的编码器信号来驱动各伺服马达36～38。
接下来，说明针对由多路复用通信系统传送的编码器信号的错误确认处理。此外，在以下的说明中，以将多路复用通信装置39设为发送侧、将多路复用通信装置29设为接收侧的情况为中心进行说明。另外，将与八个马达31～38对应的直线标尺51、53以及旋转式编码器55、57各自的编码器信号称作编码器信号ENCD1～ENCD8进行说明。图2是以多路复用通信装置39的发送部分为中心进行表示的框图。另外，图3是以多路复用通信装置29的接收部分为中心进行表示的框图。图2所示的多路复用通信装置39的发送数据合成处理部201对从各装置输出的编码器信号ENCD1～ENCD8进行错误修正符号的附加处理。
(发送数据合成处理部201的结构)
从直线标尺51经由通信协议转换器52(参照图1)输出的编码器信号ENCD1被数据获取部203暂时获取，通过FEC赋予部211被赋予汉明码的前方错误修正码FEC(7，4)。例如，数据获取部203在从直线标尺51(通信协议转换器52)将编码器信号ENCD1以基于HDLC(HighlevelDataLinkControlprocedure：高级数据链路控制程序)的通信标准的通信的方式读出时，执行检测开始标志S1以及结束标志E1(参照图8)并获取必要数据DATA2的处理。帧分割部221根据帧数据FRMD来分割被赋予了FEC的编码器信号ENCD1。帧分割部221将分割出的编码器信号ENCD1向多路复用部219(MUX)输出。计数部234对多路复用部219发送帧数据FRMD的次数进行计数。帧分割部221根据从计数部234输出的计数值进行从FEC赋予部211读出下一数据的处理。此外，FEC赋予部211在根据编码器信号ENCD1的输入而附加了表示数据的有无的信息(参照图4)之后赋予汉明码的前方错误修正码FEC(7，4)。另外，关于从其他装置(直线标尺53、旋转式编码器55、57)输出的编码器信号ENCD2～ENCD8的处理，由于与编码器信号ENCD1相同，因此省略说明。
(接收数据分离处理部301的结构)
多路复用部219例如根据对输入端口分配的一定时间(时隙)将输入的编码器信号ENCD1～ENCD8多路复用。通过多路复用部219进行多路复用得到的数据例如经由以GigabitEtherenet(注册商标)的通信标准为基准的外部端子242作为帧数据FRMD向多路通信用线缆11送出。图3所示的多路复用通信装置29经由外部端子342接收通过多路通信用线缆11传输的帧数据FRMD。多路复用通信装置29的接收数据分离处理部301通过非多路复用部(DEMUX：多路分配器)319从帧数据FRMD中分离各编码器信号ENCD1～ENCD8。接收数据分离处理部301相对于分离出的各编码器信号ENCD1～ENCD8进行错误检测、修正处理。
关于编码器信号ENCD1，分割成多个帧数据FRMD的编码器信号ENCD1通过帧合成部311来合成。计数部332对非多路复用部319接收帧数据FRMD的次数进行计数。帧合成部311根据从计数部332输出的计数值来合成编码器信号ENCD1，并向解码修正处理部312输出。解码修正处理部312对合成得到的编码器信号ENCD1根据汉明码的前方错误修正码(FEC)进行错误检测，根据需要进行错误的数据值的修正处理。修正后的编码器信号ENCD1暂时蓄积在数据输出部303且向Y轴线性用伺服放大器22传输。此外，关于其他编码器信号ENCD2～ENCD8的处理，由于与编码器信号ENCD1相同，因此省略说明。另外，关于图2所示的多路复用通信装置39具备的接收数据分离处理部202的结构以及动作，由于与上述的接收数据分离处理部301相同，因此省略说明。同样，关于图3所示的多路复用通信装置29具备的发送数据合成处理部302的结构以及动作，由于与图2所示的发送数据合成处理部201相同，因此省略说明。
图4表示作为多路复用数据列的帧数据FRMD的各比特位置的数据。帧数据FRMD中，例如1帧由8比特构成。多路复用通信装置29、39中，将每帧的周期设定为8nsec(频率为125MHz)，构建1Gbps(8比特×125MHz)的通信线路。该通信线路是半双工通信。图4表示在发送帧数据FRMD的一个时钟(例如8nsec)中发送的数据。帧数据FRMD是以20时钟为1循环(1周期)每隔半周期切换收发。图4表示半周期(1/2循环)的0～10时钟。因此，在图4所示的例子中，多路复用通信装置29、39在第10个时钟相互取得同步而切换收发。
帧数据FRMD在1/2循环(10时钟)中的发送编码器信号ENCD1～ENCD8之前的3时钟(在图示例中为时钟0～2)设定头信息等控制信息。另外，帧数据FRMD在1/2循环(10时钟)中的6时钟(在图示例中为时钟3～9)设定与编码器信号ENCD1～ENCD8相关的数据。帧数据FRMD中，前端比特(比特位置0)至比特位置7的各比特依次与编码器信号ENCD1～ENCD8对应。帧数据FRMD在时钟3、5中的各比特位置对编码器信号ENCD1～ENCD8(图中的“E1D～E8D”)进行比特分配。另外，帧数据FRMD在时钟4、6中的各比特位置对表示编码器信号ENCD1～ENCD8的数据的有无的信息(图中的“E1D有～E8D有”)进行比特分配。表示数据的有无的信息例如是用于表示相对于帧数据FRMD的数据传输速率为低速的编码器信号ENCD1～ENCD8是否设定于各比特位置0～7的信息。编码器信号ENCD1～ENCD8与表示编码器信号ENCD1～ENCD8的有无的信息在各周期中被交替设定。另外，帧数据FRMD中，1周期中的3时钟(在图示例为时钟7～9)设定有附加作为修正码FEC(7，4)的3比特的符号比特。编码器信号ENCD1～ENCD8通过帧分割部221根据帧数据FRMD的对应的比特分配的比特宽度被分割并向多路复用部219传输。然后，多路复用通信装置29、39持续3时钟发送设定有修正码FEC(7，4)的帧数据FRMD之后，在10时钟相互取得同步而切换收发。此外，图4所示的帧数据FRMD的结构是一个例子，能够适当变更。例如，图4所示的帧数据FRMD的结构例示了直线标尺51、53以及旋转式编码器55、57构成为串行传送位置信息等数据的方式(串行传送方式)的编码器的情况，但在由其他方式的编码器构成的情况下也可以变更帧数据FRMD的各比特位置的数据。对于使用了其他方式的编码器的情况下的帧数据FRMD的结构在下面叙述(参照图9)。
(比特分配单元)
在此，作业用机器人10也可以仅将多路复用通信装置39与可动部30独立设置，将多路复用通信装置39以外的可动部30的装置(例如为机械臂)设为相对于独立的多路复用通信装置39能够拆装的结构。这种情况下，多路复用通信装置39的发送数据合成处理部201优选根据从能够更换的种类不同的机械臂(多路复用通信装置39以外的可动部30的装置)具有的编码器输入的编码器信号ENCD的输入数量(连接的编码器的数量等)将帧数据FRMD的设定编码器信号ENCD的比特位置中的不具有输入数据(没有输入编码器信号ENCD)的比特位置设定为非处理对象。具体来说，如图4所示，帧数据FRMD中，作为与编码器信号ENCD对应的比特位置而设定第0～第7的8比特宽度。例如，发送数据合成处理部201检测相对于多路复用通信装置39能够拆装的机械臂(可动部30)被更换而使可动部30所内置的旋转式编码器57的数量发生变更的情况。发送数据合成处理部201例如向机械臂发送确认信号，并根据其响应来检测旋转式编码器57为一个、与旋转式编码器57连接的外部端子为哪一个等。另外，发送数据合成处理部201在帧数据FRMD的与旋转式编码器57对应的3比特(比特位置5～7)中的没有输入数据、即没有连接旋转式编码器57的2比特(例如为比特位置6，7)中设定表示该比特位置为非处理对象的数据(例如比特值始终为“0”)。在这样的结构中，即使在更换为编码器(旋转型伺服马达33～38)的数量较少的机械臂的情况下也无需变更帧数据FRMD的结构等就能够执行多路复用通信。
(多路复用通信系统的通信的确立以及通信错误处理)
接下来，对多路复用通信系统启动时的通信确立以及通信中的错误处理进行说明。多路复用通信装置29所具备的作为发送部的发送数据合成处理部201(参照图2)以及作为接收部的接收数据分离处理部301(参照图3)构成为能够编程的逻辑器件，例如为FPGA(FieldProgrammableGateArray：现场可编程门阵列)的电路块。其中，例如，接收数据分离处理部301的非多路复用部319将多路通信用线缆11中的表示通信确立以及通信错误的信号向控制器21发送。
按照图5以及图6所示的流程图对多路复用通信系统的通信的确立处理以及通信中的错误处理进行说明。
首先，控制器21伴随着作业用机器人10的启动而使处理开始(图5的左侧的流程的处理)。控制器21例如从与生产线的网络连接的整合控制装置(省略图示)接收生产任务的指令(步骤S11)。此外，作业用机器人10也可以构成为控制器21从作业用机器人10内的存储器读出生产任务进行处理的单独动作的装置。控制器21在生产任务的开始之前，使从多路复用通信装置29接收表示多路通信的确立的多路内部状态信号SI1的处理开始(步骤S12)。控制器21直至从多路复用通信装置29输入多路内部状态信号SI1为止为待机状态(步骤S13：否)。
另一方面，多路复用通信装置29伴随着作业用机器人10的启动而使处理开始(图5的右侧的流程的处理)。多路复用通信装置29使从装置主体20所具备的存储器等读出配置数据而构建包含发送数据合成处理部201以及接收数据分离处理部301的FPGA内的电路块的处理开始(步骤S21)。多路复用通信装置29在配置结束时，向发送数据合成处理部201对置的多路复用通信装置39的接收数据分离处理部301发送使构建通信线路的处理开始的确认信号(步骤S22)。多路复用通信装置29直至从多路复用通信装置39接收响应信号为止定期地发送确认信号而执行通信线路的构建(步骤S23：否)。多路复用通信装置29在接收数据分离处理部301的非多路复用部319接收来自多路复用通信装置39的响应信号并且通信线路的构建结束时(步骤S23：是)，向控制器21发送确立了通信的主旨的多路内部状态信号SI1(步骤S24)。控制器21在接收多路内部状态信号SI1并检测通信线路的确立时(步骤S13：是)，启动放大器22～25(图6的步骤S14)。控制器21直至从全部放大器22～25输入表示启动结束的信号为止使对放大器22～25的控制停止(步骤S15：否)。控制器21在检测到放大器22～25的启动结束时(步骤S15：是)，在经由确立的通信线路的多路复用通信系统中，传送数据的同时使基于可动部30的生产作业开始(步骤S16)。
另一方面，多路复用通信装置29在确立通信线路时使与多路复用通信装置39之间的数据传送开始(图6的步骤S25)。多路复用通信装置29监视作业中的通信线路的异常(通信错误)。例如，多路复用通信装置29通过向多路复用通信装置39定期地发送确认信号并确认其响应信号来判断通信错误(步骤S26：否)。多路复用通信装置29在检测到通信错误的情况(步骤S26：是)下向控制器21发送多路异常信号SI2(步骤S27)。
另外，多路复用通信装置29、39除监视通信线路的通信错误之外还监视与输出多路复用的对象信号的装置之间的连接。例如，多路复用通信装置29定期地监视与控制器21或放大器22～25之间的连接是否存在异常。另外，例如，多路复用通信装置39定期地监视与直线标尺51之间的连接是否存在异常。多路复用通信装置29、39在从其他装置没有输入达规定时间的情况或者没有对确认信号的响应的情况下检测连接的异常。多路复用通信装置29、39在检测出连接异常时向控制器21发送多路异常信号SI2(步骤S27)。
控制器21在作业用机器人10开始作业时，监视是否从多路复用通信装置29输入多路异常信号SI2(步骤S17)。控制器21在没有多路异常信号SI2的输入的情况下(步骤S18：否)，继续执行生产作业(步骤S16、S17)。另外，控制器21在从多路复用通信装置29输入多路异常信号SI2时(步骤S18：是)，执行放大器22～25的停止或报警显示等错误处理。
(放大器22～25的启动时机)
接下来，对放大器22～25的启动时机进行说明。如上所述，多路复用通信装置29伴随着作业用机器人10的启动进行基于配置数据而构建包含发送数据合成处理部201等的FPGA内的电路块的处理(参照图5的步骤S21)。另外，多路复用通信装置29在配置结束时使多路复用通信装置39与通信线路的构建开始(步骤S22、S23)。因此，作业用机器人10在从启动开始到成为能够开始安装作业的状态为止需要准备多路复用通信系统的一定时间。
另一方面，放大器22～25需要伴随着启动确认对置的装置(直线标尺51、旋转式编码器55)的状态。然而，如上所述，作业用机器人10在启动开始之后一定时间内难以进行数据传送，因此若使多路复用通信装置29与放大器22～25同时启动，则从放大器22～25向直线标尺51等的进行状态确认的通信被处理作为错误。因此，本实施例的多路复用通信装置29实现了与放大器22～25之间的启动时机的调整。多路复用通信装置29在步骤S23(参照图5)中判断通信线路的确立。另外，控制器21成为如下设定：在接收到多路复用通信装置29检测通信线路的确立并进行发送的多路内部状态信号SI1为止不使放大器22～25启动(步骤S13)。由此，放大器22～25在通信线路可靠地确立之后开始相对于对置的装置的通信，因此在不产生通信错误等不良情况的情况下适当地进行数据的收发。
此外，控制器21也可以是如下设定：不进行基于多路内部状态信号SI1的判断，在经过了以多路复用通信装置29、39的启动开始的时刻为起点的延迟时间(以下，称为“启动延迟时间”)之后启动放大器22～25。如图5所示，步骤S21中的启动时的配置在例如电路块的构建结束为止需要大约1s(秒)。另外，步骤S22中的通信确立的处理在例如通信线路确立为止需要大约3s(秒)。因此，控制器21通过在例如从启动起经过了5秒的启动延迟时间之后使放大器22～25启动，由此适当地进行与同放大器22～25对置的装置之间的编码器信号ENCD1～ENCD8的收发。另外，是否经过了上述的启动延迟时间的确认也可以构成为，控制器21不执行而使多路复用通信装置29对控制器21进行通知。
(放大器22、23与直线标尺51、53之间的通信)
接下来，对放大器22、23与直线标尺51、53之间的通信进行说明。在以下的说明中，作为一个例子，对Y轴线性用伺服放大器22与直线标尺51之间的通信进行说明。如图7所示，多路复用通信装置39经由收发切换单元601与通信协议转换器52以及直线标尺51连接。此外，图7中，为了便于理解说明而省略表示多路复用通信装置29、39所具备的各装置。本实施例的直线标尺51经由通信协议转换器52通过与放大器22同步式的半双工通信进行编码器信号ENCD1的收发。同步式通信例如是以HDLC(HighlevelDataLinkControlprocedure：高级数据链路控制程序)的通信标准为基准的通信，通信速度例如为8Mbps。另外，该同步式通信使用对噪声较强的曼彻斯特码来传送数据。在这种情况下，曼彻斯特码化后的通信速度为4Mbps。
本实施例的直线标尺51通过与放大器22处理的通信协议(例如HDLC)不同的通信协议进行通信。通信协议转换器52将直线标尺51的输入输出数据转换为以HDLC为基准的同步式通信的输入输出数据并向收发切换单元601输出。收发切换单元601切换与通信协议转换器52之间的半双工通信的发送以及接收。同样，多路复用通信装置29所具备的收发切换单元602切换与放大器22连接的通信线中的半双工通信的收发。此外，收发切换单元601、602是FPGA等能够编程的逻辑器件的电路块。
图8表示放大器22与直线标尺51之间的半双工通信的一个例子。放大器22以及直线标尺51各自在周期T1之间分别实施一次数据的发送。周期T1例如为61μs。放大器22在周期T2向直线标尺51发送数据DATA1(编码器信号ENCD1)。周期T2例如为30μs。放大器22在数据DATA1的前端附加开始标志S1、在数据DATA1的最后附加结束标志E1并向收发切换单元602输出。开始标志S1以及结束标志E1是任意的比特值，例如是“01111110”的8比特的数据。另外，放大器22在1周期前的数据传送结束而使下一个数据DATA1的发送开始之前，发送用于确立同步的伪数据D1。伪数据D1例如为“1111…”的比特值，是相同的信号电平(例如高电平)的比特连续的数据。该数据DATA1的发送是被多路复用通信装置29(例如帧分割部221)分割为帧数据FRMD的对应的比特位置的比特宽度之后进行传送。
另外，直线标尺51在周期T2结束之后在经过收发的切换时间T3之后的周期T4中向放大器22发送数据DATA2(编码器信号ENCD1)。切换时间T3例如为1μs。周期T4例如为30μs。此外，从直线标尺51输出的数据被上述的通信协议转换器52转换为以HDLC为基准的数据DATA2，并附加开始标志S2以及结束标志E2。被通信协议转换器52转换后的数据(数据DATA2等)通过收发切换单元601向多路复用通信装置29传输，从对置的多路复用通信装置29的收发切换单元602向放大器22输出。收发切换单元602在经过切换时间T3而使数据(数据DATA2等)的发送开始之前，发送用于确立与放大器22之间的同步的伪数据D2。
在上述的半双工通信中，收发切换单元602例如根据信号电平从伪数据D1向开始标志S1变化(比特值从“1”变为“0”)的比特的降低来检测发送的开始。另外，收发切换单元602利用检测到表示结束标志E1、E2的比特值“01111110”的次数来检测发送的结束。例如，收发切换单元602在检测出比特的下降之后检测到一次比特值“01111110”、即检测出结束标志E1时切换与放大器22之间的通信的收发。另外，收发切换单元602在检测出比特的下降之后检测到三次(结束标志E1、E2以及开始标志S2)比特值“01111110”、即检测出结束标志E2的时刻，切换与放大器22之间的通信的收发。由此，收发切换单元602即使在数据DATA1以及数据DATA2的比特宽度不同的数据构造(通信标准)的半双工通信中也能够适当地检测切换发送以及接收的时机。此外，收发切换单元601通过对通信协议转换器52的输入输出数据进行与收发切换单元602相同的处理，由此能够适当地检测切换发送以及接收的时机。
另外，如图7所示，多路复用通信装置39具备在接收侧蓄积来自放大器22的同步式通信的数据DATA1的缓冲部605。同样，多路复用通信装置29具备在接收侧蓄积来自直线标尺51的同步式通信的数据DATA2的缓冲部606。缓冲部605、606例如具备FIFO(FirstInFirstOut：先进先出)方式的存储区域。在此，在图8所示的例子中，在周期T2中从放大器22向直线标尺51发送的数据中的、从开始标志S1至结束标志E1的各比特需要在保持同步的状态下在接收侧的多路复用通信装置39中从收发切换单元601向通信协议转换器52(直线标尺51)输出。然而，如图4所示，编码器信号ENCD1(数据DATA1)在被分配的时钟的帧数据FRMD的特定的比特位置针对每1比特被发送，因此从放大器22向直线标尺51的通信不会连续地发送。换句话说，从放大器22向直线标尺51的数据传送产生基于多路复用通信装置29、39的多路复用通信的延迟时间。因此，放大器22以及直线标尺51的数据传送除这样的多路通信的延迟之外还可能因数据的错误产生率、跳动等而产生不同步。
对此，在本实施例的多路复用通信装置29、39中，通过在接收侧设置暂时蓄积编码器信号ENCD1的缓冲部605、606而能够构建同步式通信。例如，缓冲部605成为如下结构：在蓄积预先设定的数据量、例如1比特宽度(曼彻斯特码化后的2比特量)的数据量的编码器信号ENCD1之后，开始向收发切换单元601的发送。此外，缓冲部605的存储区域的容量基于多路复用通信的数据传输速率或输出同步式通信的数据DATA1的数据输出间隔时间等进行仿真来设定。缓冲部605对从放大器22发送并且接收数据分离处理部301(参照图3)进行解码、错误处理而输出的编码器信号ENCD1暂时进行蓄积并向收发切换单元601输出。由此，收发切换单元601中，基于多路复用通信的延迟时间等通过缓冲部605被消除，在保持同步的状态下传输编码器信号ENCD1。因此，多路复用通信装置39通过将编码器信号ENCD1蓄积在缓冲部605而从收发切换单元601向通信协议转换器52输出，即使产生由经由多路复用通信的数据传送引起的延迟等，在放大器22与通信协议转换器52(直线标尺51)之间也能够进行同步式通信。同样，多路复用通信装置29通过将来自通信协议转换器52的编码器信号ENCD1蓄积于缓冲部606，能够在放大器22与通信协议转换器52之间进行同步式通信。
以上，根据详细说明的本实施例，实现以下的效果。
＜效果1＞
作业用机器人10的可动部30具备的多路复用通信装置39具备将从直线标尺51、53以及旋转式编码器55、57输出的编码器信号ENCD1～ENCD8多路复用为帧数据FRMD(多路复用数据列)进行发送的发送数据合成处理部201(参照图2)。发送数据合成处理部201向与直线标尺51、53以及旋转式编码器55、57各自对应的帧数据FRMD的比特位置进行编码器信号ENCD1～ENCD8的比特分配。在设定有编码器信号ENCD1～ENCD8的比特位置，按照发送帧数据FRMD的每个周期交替地设定编码器信号ENCD1～ENCD8与表示编码器信号ENCD1～ENCD8的数据的有无的信息。在该结构中，编码器信号ENCD1～ENCD8在所确定的周期的任意的比特位置被发送。发送编码器信号ENCD1～ENCD8的周期或比特位置例如根据对基于编码器信号ENCD1～ENCD8的向马达31～38的反馈控制要求的响应速度、精度等安装作业中的数据的优先度进行变更。另外，发送编码器信号ENCD1～ENCD8的周期、比特位置也根据多路复用通信装置29、39间的通信速度等的能够搭载于作业用机器人10的通信单元的条件来变更。换句话说，本实施例的作业用机器人10能够对多路复用的帧数据FRMD适当变更发送编码器信号ENCD1～ENCD8的周期或比特位置。因此，在该结构中，能够构建可以适当地维持基于编码器信号ENCD1～ENCD8的对马达31～38的反馈控制的响应速度的多路复用通信系统。
＜效果2＞
控制器21在接收到多路复用通信装置29检测出通信线路的确立并发送的多路内部状态信号SI1为止不使放大器22～25启动(参照图5的步骤S13)。由此，放大器22～25在通信线路被可靠地确立之后开始向对置的直线标尺51等的状态的问询等的通信，因此在启动时不会产生因通信错误无法进行状态确认等的不良情况，可以适当地开始数据的收发。
＜效果3＞
多路复用通信装置39设置有暂时蓄积编码器信号ENCD1的缓冲部605(参照图7)。由此，多路复用通信装置39通过在将编码器信号ENCD1蓄积于缓冲部605之后向收发切换单元601输出，由此，即使产生基于多路复用通信的数据传送的延迟等，也能够在其与直线标尺51之间进行同步式通信。
＜效果4＞
多路复用通信装置39具备的收发切换单元601(参照图7)在放大器22与直线标尺51(通信协议转换器52)之间的半双工通信中根据信号电平从伪数据D1(参照图8)向开始标志S1变化的比特的下降来检测发送的开始。另外，收发切换单元601根据检测到表示结束标志E1、E2以及开始标志S2的比特值的次数来检测发送的结束。由此，收发切换单元601即使在数据DATA1以及数据DATA2的比特宽度不同的数据构造(通信标准)的半双工通信中也能够适当地检测切换发送及接收的时机。另外，收发切换单元601无需对开始标志S1的比特值进行分析、判断等仅根据比特的下降就能够判断发送的开始。因此，收发切换单元601能够由小规模的处理电路实现，例如通过由FPGA的电路块构成而能够降低多路复用通信装置39的制造成本。
＜效果5＞
可动部30具备通信协议转换器52。通信协议转换器52将通过与放大器22的通信协议不同的通信协议进行数据传送的直线标尺51的输入输出数据转换为适合于放大器22的通信协议的输入输出数据。由此，可动部30能够将与放大器22不同的通信协议的直线标尺51与多路复用通信装置39连接。
在此，放大器22～25是驱动控制部的一个例子。直线标尺51、53以及旋转式编码器55、57是编码器的一个例子。发送数据合成处理部201、302的帧分割部221以及多路复用部219构成比特分配单元。多路复用通信装置29的图5所示的步骤S24的处理构成通知单元。帧数据FRMD是多路复用数据列的一个例子。多路复用部(MUX)219是多路复用单元的一个例子。非多路复用部(DEMUX)319是恢复单元的一个例子。通信协议转换器52是协议转换单元的一个例子。
此外，本发明不限于上述的实施例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改进、变更是不言而喻的。
例如，在本实施例中，以经由以GigabitEtherenet(注册商标)的通信标准为基准的多路通信用线缆11(LAN线缆)的多路复用通信为例进行了说明，但本申请不限于此。在经由其他有线通信(例如光缆、USB线缆等)的多路复用通信中也能够同样适用，不仅是有线在无线通信中也同样能够适用。另外，也能够适当变更帧数据FRMD的比特位置的结构或多路复用为帧数据FRMD的数据的种类(编码器信号ENCD1～ENCD8以外的传感器信号等)。例如，在上述实施例中，作业用机器人10对可动部30的全部马达31～38(移动机构)的直线标尺51、53以及旋转式编码器55、57的编码器信号ENCD1～ENCD8进行了多路复用，但也可以构成为仅使编码器信号ENCD1～ENCD8中的至少一个、例如与使可动部30向Y轴方向移动的Y轴用线性马达31(直线标尺51)对应的编码器信号ENCD1由帧数据FRMD传输。由此，能够构成下述的作业用机器人10：根据连接固定部(装置主体20的放大器22～25)与可动部30所具备的装置的线缆的挠性或数据传输速率等，能够选择是否需要利用多路复用通信系统来传送可动部30的各个装置的数据。
另外，在上述实施例中，可动部30具备串行地传送位置信息等数据的方式(串行传送方式)的编码器作为直线标尺51、53以及旋转式编码器55、57，但不限于此，也可以构成为具备其他方式、例如将A、B、Z的各相的脉冲并行地传送的方式(并行传送方式)的编码器，或者具备方式不同的多个种类的编码器。图9表示将可动部30所具备的8个编码器全部设为并行传送方式的旋转式编码器的情况下的帧数据FRMD的各比特位置的数据。此外，在以下的说明中，适当省略有关与图4相同的结构(比特值的设定)的说明。
图9所示的帧数据FRMD在时钟3中的比特位置0～7的各比特位置对编码器信号ENCD1～ENCD8(图中的“E1D～E8D”)进行比特分配。在该E1D～E8D各自中，例如设定表示伴随着旋转式编码器的旋转轴的旋转而输出的A相的脉冲数(旋转量)的数据。另外，帧数据FRMD在时钟4中的各比特位置例如对与旋转式编码器的旋转方向有关的数据(图中的“E1N～E8N”)进行比特分配。该E1N～E8N各自例如在旋转式编码器顺时针(CW)旋转且A相的脉冲信号上升时如果B相的脉冲信号为低电平，则比特值被设定为“0”。另外，该E1N～E8N各自例如在旋转式编码器逆时针(CCW)旋转且A相的脉冲信号的上升时如果B相的脉冲信号为高电平，则比特值被设定为“1”。另外，帧数据FRMD在时钟5中的各比特位置对Z相的脉冲信号的信号电平(高电平或者低电平)的数据(图中的“E1Z～E8Z”)进行比特分配。Z相的脉冲信号例如在旋转式编码器的一次旋转中仅输出一次高电平的脉冲。另外，帧数据FRMD在时钟6中的各比特位置对表示编码器信号ENCD1～ENCD8的数据(时钟3的“E1D～E8D”)的有无的信息进行比特分配。如上所述，在该结构中，即便是其他传送方式的编码器，通过根据编码器信号ENCD1～ENCD8的数据形式来变更帧数据FRMD的结构，也能够获得与上述实施例相同的效果。
另外，在上述实施例中，以实施生产作业的作业用机器人10为例进行了说明，但本申请的多路复用通信系统不限于此，例如也可以适用于将电子元件安装于电路基板的电子元件安装装置的数据传送。另外，也可以适用于例如进行切削等的工作机械。
接下来，对从上述实施例的内容导出的技术思想进行记载。
(1)根据技术方案1～6中任一项所述的多路复用通信系统，其特征在于，
所述比特分配单元在与所述编码器信号的输入数量相比而比特分配后的所述比特的比特宽度大的情况下，将比特分配的多个比特中的、与没有所述编码器信号的输入的结构对应的所述比特设定为非处理对象。
在这样的结构中，通过对多路复用通信系统的一部分进行变更或者更换等，即使在编码器的数量减少且编码器信号的输入数量减少的情况下也无需变更多路复用数据列的结构就能够继续多路复用通信。
(2)根据上述(1)所述的多路复用通信系统，其特征在于，
所述电磁马达以及具有所述编码器的可动部以能够拆装的方式连接，
所述比特分配单元在从与该多路复用通信系统连接的所述可动部具有的所述编码器输入的所述编码器信号的输入数量减少的情况下，将与没有所述编码器信号的输入的结构对应的所述比特设定为非处理对象。
在这样的结构中，即便在因更换能够拆装的可动部且减少编码器的数量等而使编码器信号的输入数量减少的情况下也无需变更多路复用数据列的结构就能够继续多路复用通信。
标号说明
29、39、多路复用通信装置；
10、作业用机器人；
22～25、放大器；
201、发送数据合成处理部；
211、FEC赋予部；
219、多路复用部；
301、接收数据分离处理部；
319、非多路复用部；
601、602、收发切换单元；
605、606、缓冲部。

Claims (10)

1.一种多路复用通信系统，其特征在于，具备：
多路复用单元，发送将从检测多个电磁马达的位移的编码器输出的编码器信号进行多路复用而得到的多路复用数据列；以及
比特分配单元，对于所述多路复用数据列所包含的多个比特中的、针对发送所述多路复用数据列的多个发送次数中的预先设定的时机的发送次数的所述多路复用数据列而根据所述编码器进行比特分配的各个比特，对与所述编码器信号以及所述编码器信号的数据的有无相关的信息进行比特分配。
2.根据权利要求1所述的多路复用通信系统，其特征在于，具备：
通知单元，向根据所述编码器信号对所述电磁马达进行驱动控制的驱动控制部通知启动所述驱动控制部的启动时机，
所述通知单元基于确立了所述多路复用单元发送所述多路复用数据列的通信线路的状态、或者经过了将所述多路复用单元的启动作为起点设定延迟时间而得到的启动延迟时间的状态中的至少一个状态的检测，向所述驱动控制部通知所述启动时机。
3.根据权利要求2所述的多路复用通信系统，其特征在于，
所述编码器通过同步式通信来输出所述编码器信号，
在接收侧具备缓冲部，所述缓冲部在将从所述多路复用数据列恢复的所述编码器信号蓄积了预先设定的数据量之后，将所蓄积的所述编码器信号通过所述同步式通信向所述驱动控制部输出，所述数据量是根据所述通信线路的数据传输速率和所述同步式通信的数据输出间隔时间而预先设定的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多路复用通信系统，其特征在于，
所述编码器通过半双工通信来输出所述编码器信号，
所述多路复用通信系统具备处理所述半双工通信的发送及接收的切换的收发切换单元，
所述收发切换单元根据由所述半双工通信传送的数据的前端比特的上升或者下降来检测发送的开始并处理切换，根据检测到预先设定的结束标志的次数来检测发送的结束并处理切换。
5.根据权利要求2或3所述的多路复用通信系统，其特征在于，
所述驱动控制部与所述编码器彼此的通信协议不同，
所述多路复用通信系统具备协议转换单元，所述协议转换单元将所述编码器以该编码器自身的所述通信协议的形式输出的所述编码器信号转换为所述驱动控制部的所述通信协议的形式。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多路复用通信系统，其特征在于，
所述多路复用单元经由光缆、LAN线缆以及USB线缆中的至少一个通信介质来发送所述多路复用数据列。
7.一种作业用机器人，其通过可动部保持工件来实施作业，其特征在于，
通过权利要求1至6中任一项所述的多路复用通信系统来传送与所述作业相关的数据。
8.根据权利要求7所述的作业用机器人，其特征在于，
所述可动部具有所述电磁马达以及所述编码器，
在固定部中具备驱动控制部，该驱动控制部接收从所述编码器输出并由所述多路复用通信系统传送的所述编码器信号而对所述电磁马达进行驱动控制。
9.根据权利要求8所述的作业用机器人，其特征在于，
通过与所述多路复用单元发送所述多路复用数据列的通信线路分别设置的电源线，来供给从所述驱动控制部向所述可动部的所述电磁马达供给的电源。
10.根据权利要求8或9所述的作业用机器人，其特征在于，具备：
多个移动机构，使所述可动部相对于所述固定部沿多个方向相对地移动，并分别与所述多个方向中的各个方向对应地设置，
所述多路复用通信系统仅传送与所述多个移动机构中的至少一个移动机构相关的数据。
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