CN111496823A

CN111496823A - 机器人、机器人系统和机器人控制装置

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Publication number: CN111496823A
Application number: CN202010070794.4A
Authority: CN
Inventors: 德岛大己; 前田晃利
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: US11383389B2; JP7255205B2; CN111496823B; JP2020121362A; US20200238535A1

Abstract

本发明提供了一种机器人、机器人系统和机器人控制装置，在机器人控制装置与第一设备的通信中，能够减少布线的数量，并且确保快的通信速度。该机器人具备与设备通信的机器人控制装置，所述设备具有的时钟同步式串行通信方式的发送端子与所述机器人控制装置具有的接收端子通过信号线连接，所述机器人控制装置从所述设备接收异步信号。

Description

机器人、机器人系统和机器人控制装置

技术领域

本发明涉及机器人、机器人系统和机器人控制装置。

背景技术

设置在机器人控制装置的控制部的微机以一定周期与外围设备进行通信。控制部向外围设备发送数据请求信号，外围设备按照请求向控制部发送数据。

此外，微机是指微型计算机。

在此，由于连接在控制部的微机和外围设备的微机之间的布线的数量多，为了减少布线的数量，用一个布线连接控制部的微机和外围设备的微机，进行布线共享化。另外，使用UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器)通信。

此外，如果布线的数量增多，则例如布线的体积增大或者连接器大型化，因此布线占用空间，或者，由于微机的口数增多，因此可能产生结构变复杂的情况。

作为现有技术的一例，公开了将一个控制器的CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)与多个编码器的CPU串联连接的编码器系统(参照专利文献1)。在该编码器系统中，与一对一连接的星形连接相比，能够节省布线。

专利文献1：国际公开第2016/042636号

但是，如专利文献1所记载的那样，用一个布线来连接控制部的微机和多个外围设备的微机的情况下，与用多个布线来连接的情况相比，一个布线中的通信量变多。因此，一次发送接收所需的时间变长，有时响应性变差。

与此相对，例如，虽然也考虑通过通信速度快的时钟同步式串行通信方式进行连接，但是在时钟同步式串行通信方式中，由于存在时钟线，所以存在无法减少布线的数量的问题。

发明内容

为了解决上述课题，一技术方案是一种机器人，其特征在于，具备与设备通信的机器人控制装置，所述设备具有的时钟同步式串行通信方式的发送端子与所述机器人控制装置具有的接收端子通过信号线连接，所述机器人控制装置从所述设备接收异步信号。

为了解决上述课题，一技术方案是一种机器人，其特征在于，具备与设备通信的机器人控制装置，所述机器人控制装置具有的时钟同步式串行通信方式的发送端子与所述设备具有的接收端子通过信号线连接，所述机器人控制装置向所述设备发送异步信号。

为了解决上述课题，一技术方案是一种机器人系统，其特征在于，具备：机器人；以及机器人控制装置，与设备通信，并控制所述机器人，所述设备具有的时钟同步式串行通信方式的发送端子与所述机器人控制装置具有的接收端子通过信号线连接，所述机器人控制装置从所述设备接收异步信号。

为了解决上述课题，一技术方案是一种机器人控制装置，与设备通信，其特征在于，该机器人控制装置具备与所述设备具有的时钟同步式串行通信方式的发送端子通过信号线连接的接收端子，从所述设备接收异步信号。

附图说明

图1是示出实施方式所涉及的机器人的概略构成的图。

图2是示出实施方式所涉及的机器人控制装置的功能构成的图。

图3是示出实施方式所涉及的UART-SPI通信的概略构成的图。

图4是示出实施方式所涉及的全双工通信的概略构成的图。

图5是示出实施方式所涉及的信号波形的一例的图。

图6是示出实施方式所涉及的SPI-SPI通信的一对一连接的构成的图。

图7是示出实施方式所涉及的SPI-SPI通信的一对多连接的构成的图。

图8是示出实施方式所涉及的全双工通信的原理的图。

图9是示出实施方式所涉及的半双工通信的原理的图。

图10是示出实施方式所涉及的半双工通信的概略构成的图。

图11是示出表示实施方式所涉及的通信的时序图的图。

图12是示出实施方式所涉及的分支的构成的图。

图13是示出实施方式所涉及的机器人系统的概略构成的图。

附图标记说明

20、920…机器人；30、811、930…机器人控制装置；30a、30b、30c、E1a～E4a、E1b～E4b、E1c～E4c…微机；111…输入部；112…输出部；113…通信部；114…存储部；115…控制部；131…通信控制部；132…机器人控制部；311～313、411～412、414～415…信号线；611～612、711～712…计算机；631～632、641～642、731～732、741～742…放大器；812…监控装置；813…分支板；814-1～814-4、E1～E4…编码器；901…机器人系统；940…电缆；1011…信号波；A…可动部；A1…第一臂；A2…第二臂；B…基台；S…轴；AX1…第一转动轴；AX2…第二转动轴；AX3…第三转动轴。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。

机器人

图1是示出实施方式所涉及的机器人20的概略构成的图。

机器人20是平面关节型(SCARA)机器人。平面关节型机器人也称为水平多关节机器人。此外，机器人20也可以是垂直多关节机器人或者直动机器人等其他种类的机器人来代替平面关节型机器人。在此，垂直多关节机器人可以是具备一个臂的单臂机器人，或者也可以是具备两个以上的臂的多臂机器人。具备两个臂的多臂机器人也称为双臂机器人。另外，机器人20也可以是六轴等各种轴数的机器人。

机器人20具备基台B和可动部A。

机器人20在基台B的内部内置有机器人控制装置30。

基台B支承可动部A。在图1所示的例子中，基台B设置在预先确定的设置面。设置面例如是使机器人20进行作业的房间的地面。此外，设置面也可以是该房间的墙面、该房间的顶棚面、桌子的上表面、夹具具有的面、台子具有的面等其他面来代替该地面。

以下，为了便于说明，将与设置面正交的方向中的从基台B朝向设置面的方向称为下或下方向来进行说明。另外，以下，为了便于说明，将与下方向相反的方向称为上或上方向来进行说明。

另外，在本实施方式中，水平方向是与上下方向正交的方向。

另外，所谓转动是指绕轴的周围旋转的运动，既包括旋转角小于360度的情况，也包括旋转角为360度以上的情况。另外，不限于向一个方向旋转的运动，也包括向两个方向旋转的运动。

可动部A具备：由基台B支承为能够绕第一转动轴AX1转动的第一臂A1、由第一臂A1支承为能够绕第二转动轴AX2转动的第二臂A2、以及由第二臂A2支承为能够绕第三转动轴AX3转动且能够沿第三转动轴AX3的轴方向平移的轴S。

轴S是圆柱形状的轴体。在轴S的周表面分别设置有未图示的滚珠丝杠槽和未图示的花键槽。在图1所示的例子中，轴S设置为在上下方向贯通第二臂A2的端部中的与第一臂A1相反侧的端部。

在轴S的末端能够安装外部装置。能够安装在轴S的末端的外部装置是末端执行器等。轴S的末端是轴S具有的上下两个端部中的下侧的端部。

在图1所示的例子中，在轴S的末端没有安装任何部件。安装在轴S的末端的末端执行器例如是能够通过指部保持物体的末端执行器。此外，安装在轴S的末端的末端执行器也可以是能够通过空气吸附、磁吸附等保持物体的末端执行器。另外，安装在轴S的末端的末端执行器还可以是不能保持物体的末端执行器。在此，在本实施方式中，所谓保持物体是指使物体的状态为能够抬起的状态。

第一臂A1绕第一转动轴AX1转动，沿水平方向移动。

另外，第一臂A1通过基台B具备的第一驱动部绕第一转动轴AX1转动。第一驱动部是使第一臂A1绕第一转动轴AX1转动的致动器。第一驱动部例如是马达。即，在本实施方式中，第一转动轴AX1是与第一驱动部的转动轴一致的虚拟轴。此外，第一驱动部也可以是使第一臂A1转动的其他致动器来代替马达。

机器人20在基台B具备检测第一驱动部的驱动量的编码器E1。该驱动量例如是转动轴的旋转量。编码器E1例如是无电池编码器，即使不供给电力也进行检测。

第二臂A2绕第二转动轴AX2转动，沿水平方向移动。

另外，第二臂A2通过第二臂A2具备的第二驱动部绕第二转动轴AX2转动。第二驱动部是使第二臂A2绕第二转动轴AX2转动的致动器。第二驱动部例如是马达。即，在本实施方式中，第二转动轴AX2是与第二驱动部的转动轴一致的虚拟轴。此外，第二驱动部也可以是使第二臂A2转动的其他致动器来代替马达。

机器人20在第二臂A2具备检测第二驱动部的驱动量的编码器E2。该驱动量例如是转动轴的旋转量。编码器E2例如是无电池编码器，即使不供给电力也进行检测。

另外，第二臂A2具备第三驱动部和第四驱动部，并支承轴S。

第三驱动部是经由同步带等使设置在轴S的滚珠丝杠槽的外周部的滚珠丝杠螺母转动的致动器。由此，第三驱动部使轴S沿上下方向移动。第三驱动部例如是马达。此外，第三驱动部也可以是使轴S沿上下方向移动的其他致动器来代替马达。

机器人20在第二臂A2具备检测第三驱动部的驱动量的编码器E3。该驱动量例如是转动轴的旋转量。编码器E3例如是无电池编码器，即使不供给电力也进行检测。

第四驱动部是经由同步带等使设置在轴S的花键槽的外周部的滚珠花键螺母转动的致动器。由此，第四驱动部使轴S绕第三转动轴AX3转动。第四驱动部例如是马达。即，在本实施方式中，第三转动轴AX3是与第四驱动部的转动轴一致的虚拟轴。此外，第四驱动部也可以是使轴S绕第三转动轴AX3转动的其他致动器来代替马达。

机器人20在第二臂A2具备检测第四驱动部的驱动量的编码器E4。该驱动量例如是转动轴的旋转量。编码器E4例如是无电池编码器，即使不供给电力也进行检测。

在此，在本实施方式中，示出了机器人控制装置30与机器人20一体化的构成，但作为另一构成例，也可以使用机器人20和机器人控制装置30分体构成的机器人系统的构成。在这样的机器人系统中，机器人20和机器人控制装置30通过有线或无线连接。

机器人控制装置

图2是示出实施方式所涉及的机器人控制装置30的功能构成的图。

机器人控制装置30具备输入部111、输出部112、通信部113、存储部114和控制部115。

控制部115具备通信控制部131和机器人控制部132。

输入部111从外部输入信息。作为一例，输入部111输入从外部装置输出的信息。作为另一例，输入部111具有受理由用户进行的操作的内容的操作部，输入与对该操作部进行的操作的内容对应的信息。

输出部112向外部输出信息。作为一例，输出部112向外部装置输出信息。作为另一例，输出部112通过在屏幕上显示来输出信息，或者以声音形式输出信息等。

通信部113具有进行通信的功能。

存储部114存储信息。

控制部115进行各种控制。

通信控制部131控制由通信部113进行的通信。在本实施方式中，该通信包括从机器人控制装置30向编码器E1～E4的通信和从编码器E1～E4向机器人控制装置30的通信。

机器人控制部132控制机器人20的动作。

此外，控制部115不限于通信的控制和机器人20的控制，也可以进行其他各种控制。

在此，在本实施方式中，在机器人控制装置30中，控制部115和存储部114使用微机而构成。

机器人控制装置和编码器的通信

在本实施方式中，对机器人控制装置30与编码器E1～E4的通信进行说明。

在本实施方式中，将从机器人控制装置30向编码器E1～E4的方向称为下行，将从编码器E1～E4向机器人控制装置30的方向称为上行。

机器人控制装置30和各个编码器E1～E4具有微机。

机器人控制装置30的微机与编码器E1～E4的微机通过总线布线连接。作为连接一个微机与多个微机的总线布线，例如可以是共用的布线，或者也可以是菊链连接的布线。

在机器人控制装置30的微机和各个编码器E1～E4的微机之间进行通信。

通常，与编码器E1～E4的微机相比，机器人控制装置30的微机的时钟高，也就是说，处理速度快。

在此，在本实施方式中，为了便于说明，作为各个信号线示出一条线进行说明，但也可以使用将信号线设为两条线进行差动信号的通信的构成。有时两条线比一条线更适合长距离的通信。

此外，在同一基板上安装机器人控制装置30的微机和编码器E1～E4的微机的情况下，即使使用单端通信，原理上也没有问题。

时钟同步式串行通信方式和非同步式串行通信方式

对时钟同步式串行通信和非同步式串行通信进行说明。

时钟同步式串行通信是以SPI(SerialPeripheralInterface，串行外设接口)为代表的使用时钟线的通信方式。

非同步式串行通信是以异步式为代表的不使用时钟线的通信方式。UART是异步转换电路。在非同步式串行通信中，与时钟同步式串行通信相比，具有线数少且廉价的效果。

作为非同步式串行通信，也有时钟嵌入方式。时钟嵌入方式是以曼彻斯特编码、8b/10b为代表的，仅使用重叠嵌入了时钟信号的数据信号的通信方式。在时钟嵌入方式中，虽然线的数量减少，但转换电路变大，存在变得昂贵的倾向。

此外，时钟嵌入方式也可以称为嵌入式·时钟方式。

对SPI和UART进行说明。

一般，在微机间的通信中，为了使处理的步调一致而使用时钟信号。

在许多微机间通信中采用SPI通信。

在SPI通信中，发送侧的微机用一个信号线发送数据信号，与数据信号不同地用一个信号线发送自己的时钟信号，也就是说，用两个信号线发送这两种信号。然后，与发送侧的微机的时钟同步地发送接收数据。这样，SPI通信是时钟同步式。而且，在SPI通信中，能够实现通信的高速化。

在SPI通信中，发送侧的微机能够自己选择时机开始发送接收。因此，接收侧的微机的时钟数也可以比发送侧的微机慢。由此，即使是简单的时钟电路也足够了，两微机都能够使用廉价的CPU来构成。

在UART通信中，在微机间将发送接收的周期设定为特定周期。发送侧的微机用一个信号线仅发送数据信号，不发送时钟信号。接收侧的微机使用自己的时钟信号发送接收数据。

在UART通信中，接收侧的微机无法判断何时开始发送接收，因此为了提高采样的分辨率，需要使时钟数高于实际的时钟数10倍左右。

因此，在UART通信中，在以与SPI通信相同程度的速度进行发送接收的情况下，需要时钟数高的电路，两微机都需要昂贵的CPU，系统整体变得昂贵。另一方面，在UART通信中，在不需要达到与SPI通信相同程度的速度的情况下，即使使用与用于SPI通信的微机相同程度的微机，也需要延迟发送接收的速度。

此外，在UART通信中，如果发送长的数据，则有可能发生偏移，所以按每8比特等进行细分发送，数据发送速度一般慢。

例如，能够以异步通信的速度为3.75Mbps以下。

在微机中，使以异步不接收仅发送快速动作是不可能的。

UART-SPI通信

图3是示出实施方式所涉及的UART-SPI通信的概略构成的图。

图3中示出机器人控制装置30的微机30a与编码器E1的微机E1a连接的一例。

在此，对四个编码器E1～E4中的一个编码器E1进行说明，但是对于其他的编码器E2～E4也是同样的。

微机30a具有作为数据输入端子的DI端子、作为数据输出端子的DO端子和作为接地端子的GND端子作为UART的端子。

微机E1a具有作为数据输入端子的SDI端子、作为数据输出端子的SDO端子、作为时钟端子的SCK端子、作为芯片选择端子的CS端子和作为接地端子的GND端子作为SPI的端子。另外，微机E1a具有作为数据输入端子的DI端子作为UART的端子。

微机30a的GND端子与微机E1a的GND端子通过信号线313连接。由此，通过微机30a和微机E1a，接地保持在相同电位。

微机30a的UART的DI端子与微机E1a的SPI的SDO端子通过信号线311连接。从该SDO端子发送的数据信号经由信号线311传输，并由该DI端子接收。在本实施方式中，对该SDO端子和该DI端子预先设定16Mbps的通信速度。由此，在不使用时钟信号的情况下，以16Mbps进行从编码器E1向机器人控制装置30的数据信号的通信。

微机30a的UART的DO端子与微机E1a的UART的DI端子通过信号线312连接。从该DO端子发送的数据信号经由信号线312传输，并由该DI端子接收。在本实施方式中，对该DO端子和该DI端子预先设定4Mbps的通信速度。由此，在不使用时钟信号的情况下，以4Mbps进行从机器人控制装置30向编码器E1的数据信号的通信。

在图3的例子中，通过使用与SDO端子的异步通信，实现没有时钟线的通信。在图3的例子中，微机E1a的SPI的SDO端子是发送端子的一例，微机30a的UART的DI端子是接收端子的一例。

此外，对于机器人控制装置30，大多设置FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)那样的昂贵的元件，对于速度的切换等没有障碍。

这样，在具有SPI通信功能和UART通信功能两者的微机E1a～E4a中，使用SPI功能，实现从微机E1b向微机30b的高速发送。

在图3的例子中，在SPI的五线方式中的SDO端子、SDI端子、SCK端子、CS端子、GND端子中，使用SDO端子和GND端子，不使用SDI端子、SCK端子和CS端子。

另外，通过决定从编码器E1～E4向机器人控制装置30以16Mbps发送数据信号并对两者进行设定，能够在适当的时机进行该数据信号的接收。

另外，在从机器人控制装置30向编码器E1～E4发送数据信号时，使用通常的UART功能。在图3的例子中，进行低速的4Mbps的UART通信。

全双工通信的构成

图4是示出实施方式所涉及的全双工通信的概略构成的图。

图4中示出进行图3所示的通信时的全双工通信的构成的一例。

图4中示出机器人控制装置30的微机30a和各个编码器E1～E4的微机E1a～E4a。图3所示的信号线311和信号线312各自对于四个微机E1a～E4a是共用的。

此外，在图4的例子中，省略了GND端子的信号线313的图示。该信号线313对于四个微机E1a～E4a是共用的。

具体而言，关于从机器人控制装置30的微机30a向编码器E1～E4的微机E1a～E4a的数据信号的通信，各个微机E1a～E4a以并列的位置关系连接到与微机30a连接的共用的下行用的信号线。例如，能够从微机30a向所有的微机E1a～E4a发送广播信号。

同样地，关于从编码器E1～E4的微机E1a～E4a向机器人控制装置30的微机30a的数据信号的通信，各个微机E1a～E4a以并列的位置关系连接到与微机30a连接的共用的上行用的信号线。例如，能够从各个微机E1a～E4a向微机30a错开时间发送响应信号。

在全双工通信中，能够同时进行从机器人控制装置30向编码器E1～E4的数据信号的通信和从编码器E1～E4向机器人控制装置30的数据信号的通信。

在本例中，从机器人控制装置30向编码器E1～E4的数据信号的通信是通常的UART通信，从编码器E1～E4向机器人控制装置30的数据信号的通信是利用了SPI的SDO端子的UART通信。

例如，能够实现各个编码器E1～E4对来自机器人控制装置30的广播的低速通信命令返回高速通信响应的机制。

异步的信号波形

图5是示出实施方式所涉及的信号波形的一例的图。

图5中示出在图3的例子中从编码器E1的微机E1a的SDO端子向机器人控制装置30的微机30a的DI端子发送的数据信号的信号波1011的一例。信号波1011的波形是异步的波形，是RS232C的例子。

在图5的例子中，横轴表示时间，纵轴表示电压。

作为电压，将V设为正值，示出了+V、-V和0。在本例中，电压为+V的状态对应于0位，电压为-V的状态对应于1位。+V和-V是相对于0上下对称的值。

一个周期的信号波1011由一位长的起始位、八位长的数据位b0～b7、一位长的奇偶校验位和一位长的停止位排列构成。

在此，起始位表示信号波1011的开始位置。

停止位表示信号波1011的结束位置。

数据位b0～b7表示成为通信对象的数据的内容。

奇偶校验位是错误检测用的位，在本例中，设定为，数据位b0～b7合计存在偶数个1则成为偶数。在图5的例子中，由于在八位长的数据位b0～b7中存在三个1的数据位，所以奇偶校验位为1。

SPI-SPI通信的一对一连接

图6的例子是与图3的例子不同的例子。

图6中示出机器人控制装置30的微机30b与编码器E1的微机E1b连接的一例。

微机30b和微机E1b分别具有作为数据输入端子的SDI端子、作为数据输出端子的SDO端子、作为时钟端子的SCK端子、作为芯片选择端子的CS端子和作为接地端子的GND端子作为SPI的端子。

在此，在本例中，从机器人控制装置30对编码器E1通过芯片选择进行通信对方的选择，因此微机30b具有作为输出的端子的CSout端子作为CS端子，微机E1b具有作为输入的端子的CSin端子作为CS端子。

微机30b的GND端子与微机E1b的GND端子通过信号线415连接。由此，通过微机30b和微机E1b，接地保持在相同电位。

微机30b的CSout端子与微机E1b的CSin端子通过信号线414连接。从该CSout端子发送的芯片选择信号经由信号线414传输，并由该CSin端子接收。由此，进行从机器人控制装置30向编码器E1的芯片选择信号的通信。

在此，芯片选择信号是选择通信对方的信号，例如，在存在多个编码器E1～E4的情况下，选择其中的一个作为通信对方。多个编码器E1～E4中的每一个在输入了选择自己的芯片选择信号的情况下进行通信，在其他情况下不进行通信而待机。

在本实施方式中，由于对一个机器人控制装置30连接多个编码器E1～E4，所以在机器人控制装置30的微机30b设置与编码器E1～E4相同数量的CSout端子。这些CSout端子中的每一个经由各自的信号线与各自的编码器E1～E4连接。

微机30b的SDO端子与微机E1b的SDI端子通过信号线411连接。从该SDO端子发送的数据信号经由信号线411传输，并由该SDI端子接收。由此，进行从机器人控制装置30向编码器E1的数据信号的通信。

微机30b的SDI端子与微机E1b的SDO端子通过信号线412连接。从该SDO端子发送的数据信号经由信号线412传输，并由该SDI端子接收。由此，进行从编码器E1向机器人控制装置30的数据信号的通信。

在图6的例子中，在从编码器E1的微机E1b向机器人控制装置30的微机30b的通信和从机器人控制装置30的微机30b向编码器E1的微机E1b的通信中，通过使用与SDO端子的异步通信，实现没有时钟线的通信。

在图6的例子中，微机E1b的SPI的SDO端子是发送端子的一例，微机30b的SPI的SDI端子是接收端子的一例。另外，在图6的例子中，微机30b的SPI的SDO端子是发送端子的一例，微机E1b的SPI的SDI端子是接收端子的一例。

此外，与图6所示的SPI-SPI通信的构成相比，图3所示的UART-SPI通信的构成能够减少信号线的数量。

SPI-SPI通信的一对多连接

图7中示出进行图6所示的通信时的全双工通信的构成的一例。

图7中示出机器人控制装置30的微机30b和各个编码器E1～E4的微机E1b～E4b。图6所示的信号线411～412各自对于四个微机E1b～E4b是共用的。

此外，在图7的例子中，省略GND端子的信号线415的图示。该信号线415对于四个微机E1b～E4b是共用的。

具体而言，关于从机器人控制装置30的微机30b向编码器E1～E4的微机E1b～E4b的数据信号的通信，各个微机E1b～E4b以并列的位置关系连接到与微机30b连接的共用的下行用的信号线。例如，能够从微机30b向所有的微机E1b～E4b发送广播信号。

同样地，关于从编码器E1～E4的微机E1b～E4b向机器人控制装置30的微机30b的数据信号的通信，各个微机E1b～E4b以并列的位置关系连接到与微机30b连接的共用的上行用的信号线。例如，能够从各个微机E1b～E4b向微机30b错开时间发送响应信号。

另外，关于从机器人控制装置30的微机30b向编码器E1～E4的微机E1b～E4b的芯片选择信号的通信，按照各个编码器E1～E4的每个微机E1b～E4b使用不同的信号线与微机30b连接。例如，能够从微机30b向各个微机E1b～E4b错开时间发送芯片选择信号。由此，各个微机E1b～E4b在不同的时间被选择，在不同的时间将响应信号发送给微机30b。

在本例中，从机器人控制装置30向编码器E1～E4的数据信号的通信和从编码器E1～E4向机器人控制装置30的数据信号的通信分别是利用了SPI的SDO端子的通信。

全双工通信和半双工通信的原理

在此，说明全双工通信和半双工通信的原理。

图8是示出实施方式所涉及的全双工通信的原理的图。

图8中示出计算机611与计算机612进行全双工通信的构成例。

计算机611具有作为发送数据信号的端子的TxD端子和作为接收数据信号的端子的RxD端子。

同样地，计算机612具有作为发送数据信号的端子的TxD端子和作为接收数据信号的端子的RxD端子。

计算机611的TxD端子与计算机612的RxD端子使用信号线连接。此外，在图8的例子中，示出了对在该信号线中传输的数据信号进行放大的放大器631、632。

同样地，计算机612的TxD端子与计算机611的RxD端子使用信号线连接。此外，在图8的例子中，示出了对在该信号线中传输的数据信号进行放大的放大器641、642。

在全双工通信的构成中，能够在从一方的计算机611向另一方的计算机612通信数据信号的同时，从另一方的计算机612向一方的计算机611通信数据信号。

这样，在全双工通信中，通过使用两组单向的通信路径来实现双向通信。

图9是示出实施方式所涉及的半双工通信的原理的图。

图9中示出计算机711与计算机712进行半双工通信的构成例。

计算机711具有作为发送数据信号的端子的TxD端子和作为接收数据信号的端子的RxD端子。

同样地，计算机712具有作为发送数据信号的端子的TxD端子和作为接收数据信号的端子的RxD端子。

在连接计算机711的TxD端子和计算机712的RxD端子的路径和连接计算机712的TxD端子和计算机711的RxD端子的路径中，一部分使用共用的信号线而构成。此外，在图9的例子中，示出了对在这些路径中传输的数据信号进行放大的放大器731、732、741、742。

在半双工通信的构成中，从一方的计算机711向另一方的计算机712通信数据信号时，无法从另一方的计算机712向一方的计算机711通信数据信号。同样地，在从另一方的计算机712向一方的计算机711通信数据信号时，无法从一方的计算机711向另一方的计算机712通信数据信号。

因此，在半双工通信的构成中，为了使从一方的计算机711向另一方的计算机712的通信和从另一方的计算机712向一方的计算机711的通信不冲突，例如，进行错开这些通信的时间的控制。

这样，在半双工通信中，通过使用一组通信路径并且双向使用该通信路径，实现双向通信。

半双工通信的构成

图10是示出实施方式所涉及的半双工通信的概略构成的图。

图10中示出进行图3所示的通信时的半双工通信的构成的一例。

图10中示出机器人控制装置30的微机30c和各个编码器E1～E4的微机E1c～E4c。图3所示的信号线311和信号线312是共用的，进一步，对于四个微机E1c～E4c是共用的。

此外，在图10的例子中，省略GND端子的信号线313的图示。该信号线313对于四个微机E1c～E4c是共用的。

具体而言，关于从机器人控制装置30的微机30c向编码器E1～E4的微机E1c～E4c的数据信号的通信和从编码器E1～E4的微机E1c～E4c向机器人控制装置30的微机30c的数据信号的通信，各个微机E1c～E4c以并列的位置关系连接到与微机30c连接的共用的信号线。

例如，能够从微机30c向所有的微机E1c～E4c发送广播信号。另外，例如，能够从各个微机E1c～E4c向微机30c错开时间发送响应信号。

在半双工通信中，在不同的时间进行从机器人控制装置30向编码器E1～E4的数据信号的通信和从编码器E1～E4向机器人控制装置30的数据信号的通信。

在本例中，从机器人控制装置30向编码器E1～E4的数据信号的通信是通常的UART的通信，从编码器E1～E4向机器人控制装置30的数据信号的通信是利用了SPI的SDO端子的UART的通信。

时序图

图11是示出表示实施方式所涉及的通信的时序图的图。

在图11的例子中，示出了半双工通信的情况。

在图11中，ENC1～ENC4分别表示编码器E1～编码器E4。Req表示请求响应的请求信号。Cal表示进行规定的运算处理。Cal&Wait表示进行规定的运算后进行待机处理。Ack1～Ack4分别表示来自编码器E1～编码器E4的肯定响应。此外，“Wait”表示进行待机处理。

机器人控制装置30通过广播向所有的编码器E1～E4发送请求信号。该通信的速度为4Mbps。

第一个编码器E1若接收到请求信号，则进行规定的运算处理，并将响应信号发送给机器人控制装置30。在图11的例子中，示出了该响应是Ack的情况。该通信的速度为16Mbps。

第二个以后的编码器E2～E4若接收到请求信号，则进行规定的运算处理和规定的待机处理，并将响应信号发送给机器人控制装置30。在图11的例子中，示出了该响应是Ack的情况。

在此，在本实施方式中，对第二个以后的编码器E2～E4分别设定不同的待机处理的时间。该待机处理的时间从短到长的顺序为第二个编码器E2、第三个编码器E3、第四个编码器E4的顺序。

由此，四个编码器E1～E4在不同的时间使用共用的信号线，向机器人控制装置30发送响应信号。

机器人控制装置30例如以规定的时间间隔向编码器E1～E4发送请求信号。

此外，在图11的例子中，机器人控制装置30通过广播向所有的编码器E1～E4发送请求信号，但在不需要通信的实时性的情况或者通信延迟也没关系的情况下，也可以不通过广播，而是按每个编码器E1～E4进行发送接收。例如，若机器人控制装置30向第一个编码器E1发送请求信号，则第一个编码器E1进行规定的运算处理，并将响应信号发送给机器人控制装置30。接着，若机器人控制装置30向第二个编码器E2发送请求信号，则第二个编码器E2进行规定的运算处理，并将响应信号发送给机器人控制装置30。

另外，机器人控制装置30在使用全双工通信的构成的情况下，能够同时进行发送接收，例如，也可以不通过广播，而是依次与编码器E1～E4进行发送接收。例如，机器人控制装置30在向第一个编码器E1发送请求信号之后，在接收来自第一个编码器E1的响应信号之前，向第二个编码器E2发送请求信号。然后，第一个编码器E1和第二个编码器E2分别从接收到请求信号的时刻开始分别进行规定的运算处理，并将响应信号分别发送给机器人控制装置30。在这种情况下，能够消除各编码器E1～E4的待机时间的偏差，与广播的情况相比，机器人控制装置30能够更实时地进行通信。

分支的构成

图12是示出实施方式所涉及的分支的构成的图。

图12中示出机器人控制装置811、监控装置812、分支板813和四个编码器814-1～814-4。

在此，机器人控制装置811是机器人控制装置30的一例。

另外，四个编码器814-1～814-4是四个编码器E1～E4的一例。

监控装置812对机器人20进行各种监控。监控装置812例如为了安全性而进行监控。

分支板813是具有对信号的路径进行分支的分支部的基板。

具体而言，机器人控制装置811经由信号线与分支板813连接。

同样地，监控装置812经由信号线与分支板813连接。

另外，一个编码器814-1经由信号线与分支板813连接。并且，四个编码器814-1～814-4按照编码器814-1、编码器814-2、编码器814-3、编码器814-4的顺序菊链连接。

在此，菊链连接例如是将多个设备连成一串的连接。

在这样的构成中，例如，能够通过分支板813切换机器人控制装置811与编码器814-1连接的状态和机器人控制装置811与编码器814-1不连接的状态。另外，例如，能够通过分支板813切换监控装置812与编码器814-1连接的状态和监控装置812与编码器814-1不连接的状态。

此外，作为对布线进行分支的构成，不一定是使用分支板813的构成，例如，也可以使用通过布线自身进行分支的构成。

这样，机器人控制装置811与多个编码器814-1～814-4的连接的方式也可以使用各种方式。

编码器以外的设备的例子

如上所述，作为与机器人控制装置30进行通信的对方设备，说明了使用编码器的情况，但该设备也可以是编码器以外的各种设备。该设备例如可以是被称为机器人的外围设备的设备。

作为一例，作为与机器人控制装置30进行通信的对方设备，可以使用各种传感器。作为该传感器，例如可以列举力传感器、光传感器、或者温度传感器等。另外，作为该传感器，也可以使用检测图像的图像传感器。此外，图像传感器也可以称为照相机。作为该传感器，例如可以是机器人20自身具备的传感器，或者也可以是如使用机器人20的房间等那样机器人20的外围具备的传感器。

在这种情况下，机器人控制装置30的微机与传感器的微机进行通信。例如，从机器人控制装置30的微机向传感器的微机发送请求信号，与此相应地，从传感器的微机向机器人控制装置30的微机发送在该传感器中检测出的信息作为响应。在传感器中检测出的信息例如是检测出的值。

作为另一例，作为与机器人控制装置30进行通信的对方设备，可以使用在机器人20中进行信号的输入输出的I/O设备。作为I/O设备，可以使用各种设备，例如，可以使用输出使开关或者灯等接通断开的信号的I/O设备、输出用于使马达等动作的信号的I/O设备、或者输入这样的各种控制用的信号的I/O设备等。

在这种情况下，机器人控制装置30的微机与I/O设备的微机进行通信。例如，从机器人控制装置30的微机向I/O设备的微机发送请求信号，与此相应地，从I/O设备的微机向机器人控制装置30的微机发送在该I/O设备中输入或者输出的信息作为响应。

此外，作为与机器人控制装置30进行通信的对方设备，可以是多个相同种类的设备，或者也可以是包括两种以上的不同种类的设备的多个设备。

作为具体例，作为与机器人控制装置30进行通信的对方设备，可以是多个编码器，也可以是多个传感器，还可以是多个I/O设备。

另外，作为具体例，作为与机器人控制装置30进行通信的对方设备，可以是包括编码器、传感器和I/O设备中的两种设备或三种设备的多个设备。

机器人控制装置与设备的通信的应用

如上所述，示出了从机器人控制装置30向编码器E1～E4等设备的通信中应用了UART通信或者使用了SPI的SDO端子的异步通信，在从编码器E1～E4等设备向机器人控制装置30的通信中应用了使用了SPI的SDO端子的异步通信的情况，但这些通信的应用也可以相反。

作为具体例，也可以使用图3或者图6所示的微机的构成和动作在机器人控制装置30的微机和编码器E1～E4等设备的微机中相反的构成。

与机器人控制装置进行通信的对方设备的数量

如上所述，对与机器人控制装置30进行通信的对方设备为多个的情况进行了说明，但与机器人控制装置30进行通信的对方设备也可以是一个。

关于以上的实施方式

如上所述，在本实施方式所涉及的机器人20中，例如，从编码器E1～E4等设备通过时钟同步式串行通信向机器人控制装置30发送。在本实施方式中，时钟同步式串行通信是利用了SPI的异步通信。由此，使用具有SPI功能的微机，能够实现16Mbps这样的高速UART通信。具有SPI功能的微机通常是廉价的。

在本实施方式所涉及的机器人20中，例如，即使不对时钟同步式串行通信的接收侧的微机附加特别的元件或者特别的功能，也能够实现通信。在该微机中，例如设定通信速度和数据信号的协议即可。

在本实施方式所涉及的机器人20中，例如，能够减少布线的数量，能够减少电路的元件数量。

在本实施方式所涉及的机器人20中，例如，能够减少布线的数量，并且确保快的通信速度。

通过布线数量少的节省布线，能够实现机器人20的小型化或者低成本化，尤其对小型机器人是有效的。

能够通过较高的通信速度确保通信的实时性，例如，在实时的作业时是有用的。

在本实施方式所涉及的机器人20中，即使在从编码器E1～E4等设备向机器人控制装置30的通信量多的情况下，通过确保快的通信速度，例如，能够缩短一次发送接收所需的时间，能够提高响应性。

在本实施方式所涉及的机器人20中，例如，从机器人控制装置30以没有时钟线的通信方式向编码器E1～E4等设备发送。在本实施方式中，作为没有时钟线的通信方式，使用非同步式串行通信。此外，作为没有时钟线的通信方式，例如，可以使用利用了SPI的异步通信，或者也可以使用时钟嵌入方式。

在本实施方式所涉及的机器人20中，从机器人控制装置30向编码器E1～E4等设备发送的数据的通信量比较少，另一方面，从编码器E1～E4等设备向机器人控制装置30发送的数据的通信量比较多，与之相对应地，使从机器人控制装置30向编码器E1～E4等设备的通信的速度比较慢，使从编码器E1～E4等设备向机器人控制装置30的通信的速度比较快。即，在本实施方式所涉及的机器人20中，通过在上行和下行中设置通信速度差，实现了整体的高效化。

机器人系统

如上所述，在图1的例子中说明了内置有机器人控制装置30的机器人20，但作为其他的构成例，也可以实施机器人和机器人控制装置分体的机器人系统。

图13是示出实施方式所涉及的机器人系统901的概略构成的图。

机器人系统901具备机器人920、机器人控制装置930、和连接机器人920和机器人控制装置930的有线电缆940。

在图13的例子中，为了便于说明，对构成机器人920的各部分标注与图1所示的符号相同的符号。

在机器人系统901中，例如，除了机器人920和机器人控制装置930是分体的这一点之外，进行与图1所示的机器人20和机器人控制装置30同样的动作。

此外，机器人系统901例如在机器人安装有末端执行器的情况下，也可以包括该末端执行器。

构成例

作为一构成例，在机器人20中，具备机器人控制装置30。并且，机器人控制装置30与第一设备进行使用时钟同步式串行通信方式的发送端子通过信号线连接的第一连接，并且进行从发送端子发送异步信号的第一通信。

因此，在机器人20中，在机器人控制装置30与第一设备的通信中，能够减少布线的数量，并且确保快的通信速度。

此外，在图1的例子中，第一设备的一例是编码器E1～E4。

在图3和图6的例子中，时钟同步式串行通信方式的发送端子的一例是SPI的SDO端子。

在图5的例子中，异步信号的一例是具有信号波1011的信号。

作为一构成例，在机器人20中，在从机器人控制装置30向第一设备的通信和从第一设备向机器人控制装置30的通信中的一个中进行第一连接，并且进行第一通信，在另一个中进行没有时钟线的第二连接。

因此，在机器人20中，在机器人控制装置30与第一设备的通信中，能够进一步减少布线的数量。

此外，在图3的例子中，没有时钟线的连接的一例是UART通信。

作为一构成例，在机器人20中，在从第一设备向机器人控制装置30的通信中进行所述第一连接，并且进行第一通信，在从机器人控制装置30向第一设备的连接中进行第二连接。

因此，在机器人20中，能够确保从第一设备向机器人控制装置30的通信的快的通信速度。

作为一构成例，在机器人20中，机器人控制装置30与多个第一设备通过总线布线连接。

因此，在机器人20中，在机器人控制装置30与多个第一设备通过总线布线连接的情况下，在机器人控制装置30与第一设备的通信中，能够减少布线的数量，并且确保快的通信速度。

作为一构成例，在机器人20中，第一设备包括编码器。

因此，在机器人20中，在机器人控制装置30与编码器的通信中，能够减少布线的数量，并且确保快的通信速度。

作为一构成例，在机器人20中，第一设备包括传感器或I/O设备中的一者或两者。

因此，在机器人20中，在机器人控制装置30与传感器或I/O设备的通信中，能够减少布线的数量，并且确保快的通信速度。

作为一构成例，是一种具备机器人920和控制机器人920的机器人控制装置930的机器人系统901，机器人控制装置930与第一设备进行使用时钟同步式串行通信方式的发送端子通过信号线连接的第一连接，并且进行从发送端子发送异步信号的第一通信。

因此，在机器人系统901中，在机器人控制装置930与第一设备的通信中，能够减少布线的数量，并且确保快的通信速度。

作为一构成例，是一种控制机器人的机器人控制装置30、811、930，机器人控制装置30、811、930与第一设备进行使用时钟同步式串行通信方式的发送端子通过信号线连接的第一连接，并且进行从发送端子发送异步信号的第一通信。

因此，在机器人控制装置30、811、930中，在机器人控制装置30、811、930与第一设备的通信中，能够减少布线的数量，并且确保快的通信速度。

此外，可以将用于实现以上说明的机器人控制装置30、811、930或者编码器E1～E4、814-1～814-4等设备等任意装置中的任意构成部的功能的程序记录在计算机可读记录介质中，使计算机系统读入该程序并执行。此外，这里所说的“计算机系统”包括操作系统(OS：Operating System)或者外围设备等硬件。另外，“计算机可读记录介质”是指软盘、磁光盘、ROM、CD(Compact Disc，光盘)-ROM(Read Only Memory，只读存储器)等可移动介质、计算机系统所内置的硬盘等存储装置。进一步，“计算机可读记录介质”还包括如经由因特网等网络或者电话线路等通信线路发送程序的情况下的成为服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器(RAM：RandomAccess Memory)那样将程序保持一定时间的介质。

另外，上述程序也可以从将该程序存储在存储装置等中的计算机系统经由传输介质，或者通过传输介质中的传输波传输到其他计算机系统。在此，传输程序的“传输介质”是指具有如因特网等网络或者电话线路等通信线路那样传输信息的功能的介质。

另外，上述程序可以是用于实现前述功能的一部分的程序。进一步，上述程序也可以是能够通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合来实现前述功能的程序，即所谓的差分文件。差分文件也可以称为差分程序。

以上参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体的构成不限于该实施方式，也包括不脱离本发明的主旨的范围的设计等。

Claims

1.一种机器人，其特征在于，具备：

与设备通信的机器人控制装置，

所述设备具有的时钟同步式串行通信方式的发送端子与所述机器人控制装置具有的接收端子通过信号线连接，

所述机器人控制装置从所述设备接收异步信号。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述机器人控制装置向所述设备发送非同步式串行通信方式的信号。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述机器人控制装置与多个所述设备通过总线布线连接。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述设备是编码器。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述设备是传感器或I/O设备。

6.一种机器人，其特征在于，具备：

与设备通信的机器人控制装置，

所述机器人控制装置具有的时钟同步式串行通信方式的发送端子与所述设备具有的接收端子通过信号线连接，

所述机器人控制装置向所述设备发送异步信号。

7.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人；以及

机器人控制装置，与设备通信，并控制所述机器人，

所述机器人控制装置从所述设备接收异步信号。

8.一种机器人控制装置，与设备通信，其特征在于，

所述机器人控制装置具备与所述设备具有的时钟同步式串行通信方式的发送端子通过信号线连接的接收端子，

从所述设备接收异步信号。