CN116766176A - 机器人控制器以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人控制器以及机器人系统，能够抑制机器人的生产率的降低。机器人控制器是控制由电机驱动的机械臂的机器人控制器，具有：第一处理部以及第二处理部，所述第一处理部具备第一控制部、第一存储部、以及连接所述第一控制部与所述第一存储的第一系统总线，在使所述机械臂动作的程序中获取所指定的目标位置信息；所述第二处理部具备第二控制部、第二存储部、以及连接所述第二控制部与所述第二存储部的第二系统总线，从所述第一处理部接收所述目标位置信息，基于所述目标位置信息生成所述机械臂的轨道。

Description

机器人控制器以及机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人控制器以及机器人系统。

背景技术

例如，专利文献1中，记载了作业用机器人的统合控制系统，包括：机器人控制用CPU、作业用工具控制用CPU、周边机器控制用CPU、能源管理CPU、共同存储器、以及统合这些CPU与存储器的系统总线。另外，一般而言，公知为了提高处理速度，在CPU内设置缓冲存储器。

专利文献1：日本特开平9-323279号公报

然而，这样的作业用机器人的统合控制系统中，对于多个CPU而言，共同存储器、系统总线是共用的，所以存在被分配了轨道控制、伺服控制的CPU以外的CPU占据共有存储器、系统总线的情况。其结果是，存在轨道控制、伺服控制延迟，机器人的生产率降低的风险。

发明内容

本发明的机器人控制器是控制由电机驱动的机械臂的机器人控制器，具有：

第一处理部，具备第一控制部、第一存储部、以及连接所述第一控制部与所述第一存储部的第一系统总线，在使所述机械臂动作的程序中获取所指定的目标位置信息；以及

第二处理部，具备第二控制部、第二存储部、以及连接所述第二控制部与所述第二存储部的第二系统总线，从所述第一处理部接收所述目标位置信息，基于所述目标位置信息生成所述机械臂的轨道。

本发明的机器人系统具有：具备机械臂的机器人；以及

控制所述机械臂的驱动的机器人控制器，

所述机器人控制器具有：

第一处理部，具备第一控制部、第一存储部、以及连接所述第一控制部与所述第一存储部的第一系统总线，在使所述机械臂动作的程序中获取所指定的目标位置信息；以及

第二处理部，具备第二控制部、第二存储部、以及连接所述第二控制部与所述第二存储部的第二系统总线，从所述第一处理部接收所述目标位置信息，基于所述目标位置信息生成所述机械臂的轨道。

附图说明

图1是优选的实施方式所涉及的机器人系统的整体结构图。

图2是机器人控制器的框图。

图3是图2的机器人控制器的框图的变形例。

附图标记说明

1…机器人系统，2…机器人，21…基座，22…机械臂，221…臂，222…臂，223…臂，224…臂，225…臂，226…臂，23…末端执行器，3…机器人控制器，4…第一处理部，40…印刷电路板，41…第一控制部，42…第一主存储器，43…第一系统总线，44…处理器，46…缓冲存储器，5…第二处理部，50…印刷电路板，51…第二控制部，52…第二主存储器，53…第二系统总线，54…处理器，56…缓冲存储器，6…第三处理部，60…印刷电路板，61…第三控制部，62…第三主存储器，63…第三系统总线，64…处理器，66…缓冲存储器，7…第一外部总线，8…第二外部总线，9…印刷电路板，E…编码器，HPC…主计算机，J1…关节，J2…关节，J3…关节，J4…关节，J5…关节，J6…关节，M…电机。

具体实施方式

以下，基于附图所示的优选的实施方式，对本发明的机器人控制器以及机器人系统进行详细说明。

图1是优选的实施方式所涉及的机器人系统的整体结构图。图2是机器人控制器的框图。图3是图2的机器人控制器的框图的变形例。

图1所示的机器人系统1具有机器人2、以及控制机器人2的驱动的机器人控制器3。

机器人2

例如，机器人2是对精密机器、构成其的构件进行供材、除材、输送、以及组装等的作业的机器人。其中，对机器人2的用途不做特别限定。机器人2是具有六个转动轴的六轴机器人。机器人2具有基座21、以及以能够自由转动的方式与基座21连结的机械臂22，机械臂22的前端部装配有末端执行器23。

机械臂22是以能够自由转动的方式连结有多个臂221、222、223、224、225、226的机械手臂，具备六个关节J1～J6。这之中，关节J2、J3、J5是弯曲关节，关节J1、J4、J6是扭转关节。另外，关节J1、J2、J3、J4、J5、J6分别具备作为驱动源的电机M、以及用于检测电机M的旋转量即电机M的位置信息的编码器E。机械臂22的前端即臂226的端部设置有控制点，该控制点示出机械臂22的位置并成为控制的对象。通过以各自独立的方式驱动各关节J1、J2、J3、J4、J5、J6的电机M，能够使机械臂22的控制点在期望的轨道上活动。

另外，臂226连接有末端执行器23。末端执行器23能够相对于臂226自由拆装，能够选择与令机器人2执行的作业相适的末端执行器进行装配。

以上，针对机器人2进行了说明，但对机器人2的结构不做特别限定。例如，机器人2也可以是选择顺应性装配机器手臂机器人(水平多关节机器人)、双腕机器人等。另外，机器人2也可以固定在地面等而成为不可移动的，也可以固定在自动导引运输车(AGV)等的移动装置而成为能够移动的。

机器人控制器3

例如，机器人控制器3容纳于基座21内。其中，对机器人控制器3的配置不做特别限定，例如，也可以容纳于机器人2。如图2所示，机器人控制器3具有第一处理部4、第二处理部5、第三处理部6、连接第一处理部4与第二处理部5的第一外部总线7、连接第二处理部5与第三处理部6的第二外部总线8。

另外，第一处理部4与主计算机HPC连接，从主计算机HPC接受机器人2的程序。第一处理部4具备执行使机械臂22动作的程序的功能，解析接受到的程序，在程序中获取所指定的机械臂22的目标位置信息。目标位置信息是关于使机械臂22的控制点移动的目标地点即目标位置P1的信息，例如，是示出目标位置P1的坐标的数据。除此之外，也可以是机械臂22的控制点从当前位置移动到目标位置P1的移动距离等的信息。

第一处理部4将获取到的目标位置信息经由第一外部总线7发送至第二处理部5。第二处理部5具备基于从第一处理部4接受到的目标位置信息而生成机械臂22的轨道的功能，将已生成的轨道经由第二外部总线8发送至第三处理部6。第三处理部6与各电机M连接，一边向各编码器E发送请求位置信息的信号，一边获取各编码器E所检测到的位置信息，具备基于从第二处理部5接受到的轨道而伺服控制各电机M的驱动的功能。此时，处理部4、5、6被请求各自以预定的时间间隔执行。特别地，第三处理部6以预定的时间间隔向各编码器E发送请求位置信息的信号。像这样，以位置信息的检测以预定的时间间隔执行作为前提，第三处理部6从各电机M的位置计算速度。将该预定的时间间隔称为控制周期。对控制周期不做特别限定，例如是数十微秒～数毫秒的程度。

根据这样的结构，能够将程序执行功能、轨道生成功能、以及电机控制功能分配给具有主存储器42、52、62以及系统总线43、53、63的分别的处理部4、5、6，由此能够顺滑地执行这些各功能，能够提高机器人控制器3的性能，特别是实时性。特别地，在多个功能共用主存储器、总线的机器人控制器中，若其他功能占据主存储器、总线，则轨道生成功能、电机控制功能就不能访问主存储器，轨道生成、电机控制延迟，向编码器E发送请求位置信息的信号的定时也会延迟。其结果是，控制周期产生偏差，所以计算的速度的精度降低，实际的位置与编码器E的检测位置的偏差变大。

然而，根据这样的结构，轨道生成功能、电机控制功能能够占据主存储器、系统总线，所以轨道生成与电机控制中不再有延迟，于是控制周期的分散程度减轻，能够容易地将控制周期保持为固定的。因此，实际的位置与编码器E的检测位置的偏差变少，机械臂22变得难以振动，并且能够迅速地使其振动收束。从而，能够快速开始机械臂22的下一个动作，其结果是，作业的周期时间变短，机器人2的生产率提升。

其中，对分配给第一处理部4的功能不做特别限定。例如，在主计算机HPC进行到程序的解析，并将解析后的数据即目标位置信息发送至第一处理部4的情况下，第一处理部4如果具有与主计算机HPC进行通信的功能即可。

第一处理部4是在一个基板上集聚了需要的功能而得到的，具有第一控制部41、作为第一存储部的第一主存储器42、以及连接第一控制部41与第一主存储器42的第一系统总线43。

印刷电路板40具备绝缘基板与电路，与已安装的第一控制部41、第一主存储器42、第一系统总线43电连接。第一控制部41具有处理器44、以及缓冲存储器46。第一控制部41通过执行在第一主存储器42中展开的程序，来实现第一处理部4所具有的功能。需要说明的是，第一控制部41的硬件结构为片上系统(SoC)。由此，能够实现第一控制部41的小型化、省电化、以及低成本化。另外，第一处理部4的制造变得容易。其中，对第一控制部41的硬件结构不做特别限定，例如，可以是在一个基板上集聚了处理器44、缓冲存储器46而得到的。需要说明的是，第一控制部41也可以设为没有缓冲存储器46的结构。第一主存储器42存储有程序以及数据。第一系统总线43是连接处理器44与第一主存储器42的系统总线。本说明书中，不论第一控制部41的硬件结构是否为片上系统，都将与处理器连接并传输数据的传输路作为系统总线。

处理器44能够读入并执行存储于第一主存储器42的程序。使用通用OS(操作系统)即Linux(注册商标)作为处理器44的OS。由此，程序的执行、外部通信变得容易进行。缓冲存储器46暂时地存储从第一主存储器42读入的程序以及数据。缓冲存储器46虽然比第一主存储器42的存储容量少，但能够高速地动作。缓冲存储器46是多级的缓冲存储器，至少包括一级缓冲存储器、以及比一级缓冲存储器更低速但存储容量更多的二级缓冲存储器。需要说明的是，也可以包括三级以上的缓冲存储器。另外，也可以设为不是多级的单独的缓冲存储器。

需要说明的是，处理器44也可以设为具有多个内核的多核处理器。该情况下，能够将不同的应用程序的执行分配给各内核，所以，能够顺滑地执行各应用程序，能够提高机器人控制器3的性能，特别是实时性。另外，也能够对每一个内核设置专用的一级缓冲存储器。该情况下，也可以以能够共用多个内核的方式设置二级缓冲存储器。通过将二级缓冲存储器设为共用，能够有效地利用二级缓冲存储器。另外，与一级缓冲存储器同样地，也可以对每一个内核设置专用的二级缓冲存储器。通过对每一个内核设置为专用，处理的延迟受到抑制。

根据如上所述的结构的第一处理部4，第一控制部41能够占据第一主存储器42以及第一系统总线43，所以处理的延迟受到抑制，能够提高机器人控制器3的性能，特别是实时性。

第二处理部5是与第一处理部4同样的结构。因此，以下，针对第二处理部5进行简单的说明。第二处理部5是在一个基板上集聚了需要的功能而得到的，具有印刷电路板50、第二控制部51、作为第二存储部的第二主存储器52、以及连接第二控制部51与第二主存储器52的第二系统总线53。

第二控制部51为片上系统(SoC)，具有处理器54、以及缓冲存储器56。处理器54能够读入并执行存储于第二主存储器52的程序。根据这样的结构的第二处理部5，第二控制部51能够占据第二主存储器52以及第二系统总线53，所以处理的延迟受到抑制，能够提高机器人控制器3的性能，特别是实时性。

第三处理部6是与第一处理部4同样的结构。因此，以下，针对第三处理部6进行简单的说明。第三处理部6是在一个基板上集聚了需要的功能而得到的，具有印刷电路板60、第三控制部61、作为第三存储部的第三主存储器62、以及连接第三控制部61与第三主存储器62的第三系统总线63。

第三控制部61为片上系统(SoC)，具有处理器64、以及缓冲存储器66。处理器64能够读入并执行存储于第三主存储器62的程序。根据这样的结构的第三处理部6，第三控制部61能够占据第三主存储器62以及第三系统总线63，所以处理的延迟受到抑制，能够提高机器人控制器3的性能，特别是实时性。需要说明的是，如上所述，由于各控制部41、51、61有专用的缓冲存储器46、56、66，所以各控制部41、51、61能够占据，处理的延迟受到抑制。

另外，第一外部总线7是传输数据的传输路，连接着第一处理部4与第二处理部5。由此，能够在第一处理部4与第二处理部5之间传达信息。另外，第一处理部4经由第一外部总线7将与第二处理部5共有的信息写入第二主存储器52，第二处理部5经由第一外部总线7将与第一处理部4共有的信息写入第一主存储器42。由此，第一处理部4不访问第二主存储器52就能得到需要的信息，所以处理速度提升。对于第二处理部5而言也是同样的。

另外，第二外部总线8是传输数据的传输路，连接着第二处理部5与第三处理部6。由此，能够在第二处理部5与第三处理部6之间传达信息。第二处理部5经由第二外部总线8将与第三处理部6共有的信息写入第三主存储器62，第三处理部6经由第二外部总线8将与第二处理部5共有的信息写入第二主存储器52。由此，第二处理部5不访问第三主存储器62就能得到需要的信息，处理速度提升。针对第三处理部6而言也是同样的。

对第一、第二外部总线7、8的规格不做特别限定，例如，能够使用ISA(IndustrialStandard Architecture，工业标准结构总线)、PCI(Peripheral ComponentInterconnect，外围设备互连标准)、PCIExpress(PCIe)(Peripheral ComponentInterconnect Express，外围设备高速互连标准)、AGP(Accelerated Graphics Port，加速图形接口)等。需要说明的是，以上，将第一处理部4、第二处理部5、第三处理部6各自设为了一个基板，但如图3所示，也可以将处理部4、5、6设为一个基板而设置在印刷电路板9上。

以上，针对机器人系统1进行了说明。这样的机器人系统1所具备的机器人控制器3是控制由电机M驱动的机械臂22的机器人控制器，具有第一处理部4以及第二处理部5，第一处理部4具备第一控制部41、作为第一存储部的第一主存储器42、以及连接第一控制部41与第一主存储器42的第一系统总线43，通过执行使机械臂22动作的程序，或者，通过与外部(主计算机HPC)进行通信，来在使机械臂22动作的程序中获取所指定的目标位置信息；第二处理部5具备第二控制部51、作为第二存储部的第二主存储器52、以及连接第二控制部51与第二主存储器52的第二系统总线53，从第一处理部4接收目标位置信息，基于目标位置信息生成机械臂22的轨道。根据这样的结构，能够将程序执行功能或者通信功能与轨道生成功能分别地分配给第一处理部4与第二处理部5。因此，能够顺滑地执行这些的各功能，提高机器人控制器3的性能，特别是实时性。因此，机器人2的生产率提升。

另外，如前文所述，机器人控制器3具有连接第一处理部4与第二处理部5的第一外部总线7。由此，能够在第一处理部4与第二处理部5之间传达信息。

另外，如前文所述，第一处理部4将与第二处理部5共有的信息写入第二主存储器52，第二处理部5将与第一处理部4共有的信息写入第一主存储器42。由此，第一处理部4不访问第二主存储器52就能得到需要的信息，所以处理速度提升。针对第二处理部5也是同样的。即是说，第二处理部5不访问第一主存储器42就能得到需要的信息，处理速度提升。

另外，如前文所述，第一控制部41以及第二控制部51分别是片上系统。由此，能够实现第一处理部4、第二处理部5的小型化、省电化、以及低成本化。另外，第一处理部4、第二处理部5的制造变得容易。

另外，如前文所述，机器人控制器3具有第三处理部6，第三处理部6具备第三控制部61、作为第三存储部的第三主存储器62、以及连接第三控制部61与第三主存储器62的第三系统总线63，控制电机M的驱动。像这样，通过将电机控制功能分配给除第一处理部4、第二处理部5以外的第三处理部6，能够顺滑地执行电机控制功能。因此，能够提高机器人控制器3的性能，特别是实时性。其结果是，机器人2的生产率提升。

另外，如前文所述，机器人控制器3具有连接第二处理部5与第三处理部6的第二外部总线8。由此，能够在第二处理部5与第三处理部6之间传达信息。

另外，如前文所述，第一处理部4的操作系统为Linux(注册商标)。由此，程序的执行、外部通信变得容易进行。

另外，如前文所述，机器人系统1具有具备机械臂22的机器人2、以及控制机械臂22的驱动的机器人控制器3。另外，机器人控制器3具有第一处理部4以及第二处理部5，第一处理部4具备第一控制部41、作为第一存储部的第一主存储器42、以及连接第一控制部41与第一主存储器42的第一系统总线43，通过执行使机械臂22动作的程序，或者，通过与外部(主计算机HPC)进行通信，来在使机械臂22动作的程序中获取所指定的目标位置信息；第二处理部5具备第二控制部51、作为第二存储部的第二主存储器52、以及连接第二控制部51与第二主存储器52的第二系统总线53，从第一处理部4接收目标位置信息，基于目标位置信息生成机械臂22的轨道。根据这样的结构，能够将程序执行功能或者通信功能与轨道生成功能分别地分配给第一处理部4与第二处理部5。因此，能够顺滑地执行这些的各功能，提高机器人控制器3的性能，特别是实时性。因此，机器人2的生产率提升。

以上，基于图示的实施方式对本发明的机器人控制器以及机器人系统进行了说明，但本发明并非限定于此，各部的结构能够置换为具有同样的功能的任意的结构。另外，本发明也可以附加其他的任意的结构物。

Claims (8)

1.一种机器人控制器，其特征在于，控制由电机驱动的机械臂，

所述机器人控制器具有：

第一处理部，具备第一控制部、第一存储部、以及连接所述第一控制部与所述第一存储部的第一系统总线，在使所述机械臂动作的程序中获取所指定的目标位置信息；以及

第二处理部，具备第二控制部、第二存储部、以及连接所述第二控制部与所述第二存储部的第二系统总线，从所述第一处理部接收所述目标位置信息，基于所述目标位置信息生成所述机械臂的轨道。

2.根据权利要求1所述的机器人控制器，其特征在于，所述机器人控制器具有：

连接所述第一处理部与所述第二处理部的第一外部总线。

3.根据权利要求1或2所述的机器人控制器，其特征在于，

所述第一处理部将与所述第二处理部共有的信息写入所述第二存储部，

所述第二处理部将与所述第一处理部共有的信息写入所述第一存储部。

4.根据权利要求1或2所述的机器人控制器，其特征在于，

所述第一控制部以及所述第二控制部分别是片上系统。

5.根据权利要求1或2所述的机器人控制器，其特征在于，

所述机器人控制器具有第三处理部，所述第三处理部具备第三控制部、第三存储部、以及连接所述第三控制部与所述第三存储部的第三系统总线，控制所述电机的驱动。

6.根据权利要求5所述的机器人控制器，其特征在于，

所述机器人控制器具有连接所述第二处理部与所述第三处理部的第二外部总线。

7.根据权利要求1或2所述的机器人控制器，其特征在于，

所述第一处理部的操作系统是Linux。

8.一种机器人系统，其特征在于，具有：

具备机械臂的机器人；以及

控制所述机械臂的驱动的机器人控制器，

所述机器人控制器具有：

第一处理部，具备第一控制部、第一存储部、以及连接所述第一控制部与所述第一存储部的第一系统总线，在使所述机械臂动作的程序至获取所指定的目标位置信息；以及

第二处理部，具备第二控制部、第二存储部、以及连接所述第二控制部与所述第二存储部的第二系统总线，从所述第一处理部接收所述目标位置信息，基于所述目标位置信息生成所述机械臂的轨道。