CN1738699A - 机器人控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明实现一种以简单的构造边确保实时性边处理为了控制高度智能化所必须的图像等的大容量数据的机器人控制装置。因此备有：动作控制机构(5)，其进行用于实现控制对象(3)的动作控制的计算处理；识别·计划机构(6)，其进行所述控制对象的作业·动作计划和外界识别；输入输出接口(4)，其输出对所述动作对象的指令，输入所述控制对象的状态；和路径选择机构(2)，其通过切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制，所述路径选择机构，其边通过切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制，边基于所述控制对象的所述作业·动作计划和所述外界识别的结果控制作为所述控制对象的机器人的动作。

Description

机器人控制装置

技术领域

本发明涉及具有分散层次构造的机器人控制装置，其具有进行用于实现智能机器人等的识别、判断、作业计划、动作计划等的处理的识别·计划处理系统和进行实时控制的动作控制处理系统。这里，所谓作业计划，是指以组装作业的情况为例时，以怎样的顺序组装部件、部件之间如何组装的抽象的概念水平的计划进程。另一方面，动作计划是指用于实现实际的组装作业之前的动作用的目标轨道生成、或进行力控制用的目标值生成的计划进程。

背景技术

为了实现具有高度智能的智能机器人，在进行动作控制的动作控制系统的基础上，需要有可进行外界识别或作业计划、动作计划等智能处理的识别·计划处理系统。

作为实现这样的智能机器人控制装置的构造，可以考虑图10所示的构造。在图10中，上述控制装置，是以串联连接配置与控制对象105连接的输入输出接口104、与输入输出接口104连接的动作控制机构101、与动作控制机构101连接的共享存储器103、与共享存储器103连接的识别·计划机构102而构成的。

进行机器人动作控制的动作控制系统，因为需要实时性，所以不使用操作系统(OS)，以使用直接执行控制程序的处理系统或使用实时OS的系统构成的动作控制机构101来实现。

另一方面，识别或作业·动作计划等处理不需要实时性，从软件开发环境或高速处理能力等角度考虑，优选由搭载了通用的多任务OS的、如个人计算机或工作站等计算机构成，作为用102表示的识别·计划机构，以与动作控制机构101独立且并列进行动作处理的系统来实现。

这样，在采取动作控制机构101和识别·计划机构102这样的并列的层次构造的情况下，例如在将识别·计划机构102的识别·计划程序所产生的目标轨道转送给动作控制机构101的时候，会产生时间上的交接时刻的问题。

对于该问题，在图10所示的控制装置中，通过设置共享存储器103，识别·计划机构102将目标轨道写入共享存储器103，通过动作控制机构101自共享存储器103读入目标轨道，而实现时间上的时刻缓冲(例如，参照特开平6-290060号公报)。

在图10所示的控制装置中，作为连接动作控制机构101、识别·计划机构102及共享存储器103的方法，从扩展性角度可采取公共总线方式。

但是，在上述现有构造中，为了进一步高度智能化，需要进行多个摄像装置的多图像或高清晰图像的写入，处理大容量数据，因此就会由于总线竞争产生数据转送等待时间，产生不能确保实时性的问题。

为了避免这样的问题，设置图像转送专用总线，或设置连接各个机构之间的专用总线，导致总线布线的增加等系统复杂化的问题，系统的扩展性的方面也存在问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，解决上述现有结构的课题，提供一种为了控制的高度智能化对必须的图像等大容量数据以简单的构造可以确保实时性并进行操作的机器人控制装置。

本发明为了达到上述目的，按照以下的方式构成。

本发明方式一，提供一种机器人控制装置，其备有：动作控制机构，其进行用于实现控制对象的动作控制的计算处理；

识别·计划机构，其进行所述控制对象的作业·动作计划和外界识别；

输入输出接口，其用于输出对所述控制对象的指令，输入所述控制对象的状态；

路径选择机构，其通过切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接，进行通信控制；

边由所述路径选择机构，通过切换在所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制，边基于所述控制对象的所述作业·动作计划及所述外界识别的结果控制作为所述控制对象的机器人的动作。

例如，作为该方式一的具体的例子，提供一种机器人控制装置，备有：动作控制机构，其进行用于实现实时控制的计算处理；

识别·计划机构，其进行用于实现智能处理的计算处理；

输入输出接口，其用于输出对控制对象的指令，输入所述控制对象的状态；

路径选择机构，其通过切换在所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接，进行通信控制，

边由所述路径选择机构，通过切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制，边控制作为所述控制对象的机器人的动作。

本发明方式二，提供一种机器人控制装置，备有：动作控制机构，其进行用于实现控制对象的动作控制的计算处理；

识别·计划机构，其进行所述控制对象的作业·动作计划和外界识别；

输入输出接口，其用于输出对所述控制对象的指令，输入所述控制对象的状态；

第1路径选择机构，其与所述识别·计划机构连接；

第2路径选择机构，其与所述动作控制机构、所述第1路径选择机构和所述输入输出接口连接，

所述第1路经选择机构通过切换所述第2路径选择机构和所述识别·计划机构之间的连接而进行通信控制，并且所述第2路径选择机构边通过切换所述识别·计划机构和所述第1路径选择机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制，边基于所述控制对象的所述作业·动作计划及所述外界识别的结果控制作为所述控制对象的机器人的动作。

例如作为方式二的一个具体的例子，提供一种机器人控制装置，备有：动作控制机构，其进行用于实现实时控制的动作控制的计算处理；

识别·计划机构，其进行用于实现智能处理的计算处理；

输入输出接口，其用于输出对控制对象的指令，输入所述控制对象的状态；

第1路径选择机构，其与所述识别·计划机构连接；

第2路径选择机构，其与所述动作控制机构、所述第1路径选择机构和所述输入输出接口连接，

所述第1路经选择机构通过切换所述第2路径选择机构和所述识别·计划机构之间的连接而进行通信控制，并且所述第2路径选择机构边通过切换所述动作控制机构、所述第1路径旋转机构和所述输入输入接口之间的连接而进行通信控制，边控制作为所述控制对象的机器人的动作。

本发明的方式三，根据方式一或方式二中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，具有控制数据转送的优先顺序的功能，通过所述路径选择机构，根据所述数据转送的优先顺序，切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

本发明的方式四，根据方式三中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，根据所述控制对象的控制状况控制数据转送的优先顺序，通过所述路径选择机构，根据所述控制对象的控制状况，按照所述数据转送的优先顺序切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

本发明的方式五，根据方式三中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，根据传输数据中所包含的优先顺序数据控制数据转送的优先顺序。

本发明的方式六，根据方式三中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，在控制数据转送的优先顺序时，执行使非优先数据的转送暂停的动作。

本发明的方式七，根据方式三中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，在控制数据转送的优先顺序时，执行非优先数据的间隔提取动作。

本发明的方式八，根据方式一或方式二中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，具有控制数据转送容量的占有率的功能，通过所述路径选择机构，根据所述数据转送容量的占有率，切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

本发明的方式九，根据方式八中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，根据所述控制对象的控制状况控制所述数据转送容量的所述占有率，通过所述路径选择机构，按照所述控制对象的控制状况，根据所述数据转送容量的占有率，切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

本发明的方式十，根据方式八中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，根据传输数据中所包含的占有率数据控制所述数据转送容量的所述占有率。

本发明的方式十一，根据方式一或方式二中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，具有控制数据转送的时钟速度的功能，根据所述控制对象的控制状况改变所述数据转送的时钟速度，切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

本发明的方式十二，根据方式四、九或十一中所述的机器人控制装置，所述控制对象的控制状况是控制误差。

本发明的方式十三，根据方式四、九或十一中所述的机器人控制装置，所述控制对象的控制状况是控制目标值。

本发明的方式十四，根据方式三到七中的任一项所述的机器人控制装置，所述路径选择机构具有用于告知数据转送要求用的专用信号线。

本发明的方式十五，根据方式一或方式二中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，具有存储机构，其取得所述动作控制机构和所述识别·计划机构间的时间上的缓冲，

所述路径选择机构，通过切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述公用存储机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

本发明的方式十六，根据方式九中所述的机器人控制装置，所述路径选择机构，在控制数据转送优先顺序时，进行将非优先数据待避在所述存储机构中的动作。

附图说明

本发明的上述特征、其他的目的和特征，由对于附图的优选实施方式相关联的下面的描述将会更加明确。在这些图中，

图1是表示本发明第1实施方式中的机器人控制装置的构成的框图。

图2是表示本发明第1实施方式中的机器人控制装置的路径选择机构的结构的框图。

图3是表示本发明第1实施方式中的机器人控制装置的输入输出接口的构造及机器人的图。

图4是表示本发明的第1实施方式中的机器人控制装置的动作控制机构或识别·计划机构的构造的框图。

图5是涉及本发明的第1实施方式中的作业动作的流程图。

图6是表示在本发明的第1实施方式中的由机器人控制装置的动作控制机构执行的程序的算法的流程图。

图7是转送模式的说明图。

图8A、图8B是分别表示本发明第2实施方式中的机器人控制装置的构成的图和机器人的图。

图9A、图9B是分别表示本发明第3实施方式中的机器人控制装置的构成的图和机器人等的控制对象的图。

图10是表示现有控制装置的构成的图。

图11是表示本发明的上述实施方式中的机器人控制装置的LSI间的布线的说明图。

图12A、图12B、图12C是分别用于说明本发明的第1实施方式中的机械手作业动作的说明图。

图13A、图13B、图13C、图13D是分别用于说明本发明的第2实施方式中的两个手臂作业动作的说明图。

图14是表示追加了声音识别功能的、本发明的第2实施方式中的机器人控制装置的构成的一部分的图。

图15是用于说明实时处理的说明图。

图16是表示数据转送1～5、转送目标、数据种类和优先数据之间的关系的表的图。

图17是表示对在第1-A实施方式中的、路径选择机构的转送控制方法进行说明的表的图。

具体实施方式

在继续本发明的叙述之前，在附图中对于相同的部件付与相同的参照符号。

以下，参照附图，对本发明中的各种实施方式进行详细地说明。

(第1实施方式)

图1表示本发明第1实施方式中的机器人控制装置1的构成的图。在图1中，2是切换机器人控制装置1内的数字信号路径的路径选择机构。路径选择机构2输出本实施方式中的机器人控制装置1对控制对象3的指令，并且输入上述控制对象3的状态，因此连接有与上述控制对象3连接的输入输出接口4、用于进行控制对象3的动作控制的实时计算等的计算处理的动作控制机构5(作为一个具体的例子，用于进行控制对象3的控制的实时计算的实时处理机构5)、进行控制对象3的作业·动作计划和外界识别的识别·计划机构6(作为一个具体的例子，进行控制对象3的作业·动作计划和外界识别的非实时处理机构6)、公用存储机构7，通过切换在上述动作控制机构5和上述识别·计划机构6和上述输入输出接口4之间的连接，而进行通信控制。这样，上述机器人控制装置1，边由上述路径选择机构2切换上述动作控制机构5和上述识别·计划机构6和上述输入输出接口4之间的连接，进行通信控制，边基于上述控制对象3的上述作业·动作计划及上述外界识别的结果，控制作为上述控制对象3的机器人的动作。各个机构等之间的连接，由进行串行数字数据通信的串行传送线路构成，可以进行数据包通信的双向通信。

另外，上述动作控制机构5，在实时地处理用于进行控制对象3的动作控制的计算处理时，可以作为实时处理机构5发挥功能，另一方面，在不管是实时或非实时地处理用于进行控制对象3的动作控制的计算处理时，可以仅作为上述动作控制机构5发挥功能。同样，上述识别·计划机构6在非实时地处理控制对象3的作业·动作计划和外界识别时，可以作为非实时处理机构6发挥功能，另一方面，不管实时或非实时地处理控制对象3的作业·动作计划和外界识别时，可以仅作为上述识别·计划机构6发挥作用。在以下的实施方式中，作为具体的例子，虽然分别将上述动作控制机构5作为实时处理机构、上述识别·计划机构6作为非实时处理机构6记载，但是在不特别地需要上述动作控制机构5作为实时处理机构5发挥功能时，可以仅作为上述动作控制机构5而适用，并且在不需要使上述识别·计划机构6作为非实时处理机构6发挥功能时，仅作为上述识别·计划机构6而适用。

这里，作为控制对象3的一个例子的机器人，采用以进行4自由度的机械手48的控制的情况为例，对第1实施方式的机器人控制装置1的构成进行进一步详细地说明。图2是表示上述路径选择机构2的构成的图，为了易于理解，只显示了主要的功能块。

在图2中，21是综合了掌管路径选择机构2的功能的I/O控制器等的单片型的CPU，22是与CPU21连接且切换数字信号的路径的开关。开关22具有多个外部输入输出端口221a～221d，分别与输入输出接口4、动作控制机构5、识别·计划机构6、公用存储机构7连接。进一步，开关22具有与CPU21连接的内部端口222，通过内部端口222由CPU21控制外部输入输出端口221a～221d的每一个与内部端口222之间的数据转送路径的切换。

图2中，23是与CPU21连接且存储用于使CPU21动作的程序或路径切换用的数据的存储机构。

图3是表示输入输出接口4的构造的图。在图3中，41是串行-并行变换机构，由串行-并行变换机构41进行在外部输入输出端口411和内部输出端口44和内部输入端口47输入输出的数据间的串行-并行变换。外部输入输出端口411由串行传送路径与路径选择机构2连接。另外，内部输出端口44以公共并行总线方式的传送线路连接有D/A转换器42a～42d，D/A转换器42a～42d的输出与电动机驱动器43a～43d连接。电动机驱动器43a～43d与安装在机械手48的各个关节中的电动机(图中没有示出)连接，根据来自D/A转换器42a～42d的输出信号，分别独立地驱动机械手48的各个关节的电动机。另一方面，内部输入端口47中，由公共并行总线方式的传送线路并联连接有计数器45及图像获取机构46。计数器45与安装在机械手48的各个关节中的编码器(图中未示出)连接，由上述编码器检测出由上述各个电动机旋转的机械手48的各关节的角度，分别输入到计数器45。图像获取机构46与摄像装置49连接，拍摄机械手48的把持对象等的图像。

图4是表示动作控制机构5或识别·计划机构6的构造的图。在硬件上，动作控制机构5和识别·计划机构6是同一构成的一般计算机体系结构的CPU端口，在图4中只显示主要功能块。在图4中，51是进行用于实现控制的计算处理的CPU。52是综合有I/O控制器、存储控制器等的芯片组，具有与外部进行数据输入输出的串行端口54。另外，53是存储用于进行计算处理的程序或数据的存储机构。芯片组52的两个内部端口521a、521b分别与CPU51和存储机构53连接。

在软件方面，动作控制机构5没有搭载OS(操作系统)，单任务地执行控制用的进程(例如，用于进行控制对象3的控制的实时计算)。另一方面，识别·计划机构6搭载存储于存储机构53中的多任务的OS，以分时的多任务方式执行机械手48的作业计划用的进程、动作计划用的进程及图像识别用的图像识别进程。

对于以上的构成的机器人控制装置1的动作，以下述作业为例进行说明：如图5的流程图所示，使用图像识别，用机械手48的手臂48b的前端的手指效应器48a把持放置在某个区域内的(作为对象物的一例的)长方体物体90，将由手指效应器48a把持的长方体物体90向规定的位置移动。

图5流程图所示的动作步骤，通过由识别·计划机构6执行的作业计划进程计划其执行顺序，管理其进行过程。

首先，在步骤S1中的作业计划进程，调用图像处理进程。即，由识别·计划机构6执行的图像识别进程，由以与输入输出接口4连接的摄像装置49取入的图像为基础，识别由机械手48把持的长方体物体90的位置、姿态及大小(图5的步骤S1)，识别结果数据，作为从机械手48看到的长方体的物体90的绝对坐标系的位置·姿态、形状数据，通过进程之间的通信交给作业计划进程。在识别·计划机构6中生成的动作计划进程，以交给的位置·姿态、形状数据为基础，使用如多项式插补生成手指效应器48a从初始位置移动到长方体的物体90及由手指效应器48a把持长方体的物体90用的轨道和将把持着的长方体的物体90由手指效应器48a搬运到规定的位置用的轨道。在识别·计划机构6中生成的目标轨道数据，以在各个时刻的机械手48的手指效应器48a的位置(手指位置)·姿态及手指效应器48a的动作的速度·角速度这样的形式生成，作为串行数据由串行端口54转送给路径选择机构2。

路径选择机构2执行动作以使从识别·计划机构6转送来的目标轨道数据存储在公用存储机构7的规定位置。因此表示机械手48的手指效应器48a应该如何动作的目标轨道数据通常可以参照公用存储机构7。

动作控制机构5使机械手48的手指效应器48a按照目标轨道数据动作用的控制程序，以以下方式执行(图5的步骤S2～S7)。

即，由图5的步骤S1识别长方体的物体90的位置、姿态及大小之后，在图5的步骤S2中，也如图12A所示，基于目标轨道数据由上述控制装置1动作控制作为控制对象3的机械手48，机械手48的手指效应器48a移动到长方体的物体90的附近，进行手臂48b的把持准备动作。作为一例，在图12A中，在机械手48的基端部周围，机械手48的手指效应器48a旋转至与长方体的物体90相对的位置。

接下来，在图5的步骤S3中，由图像识别进行手臂48b的接近动作。这具体地说是视觉反馈，由图像识别检测出机械手48的手指效应器48a和长方体的物体90的相对位置关系，边微调手指效应器48a的位置以使手指效应器48a和长方体的物体90不接触，边如图12B所示，移动手指效应器48a到由手指效应器48a可以把持物体90的位置。

接着，在图5的步骤S4中，基于目标轨道数据作为控制对象3的机械手48由上述控制装置1进行动作控制，如图12C所示，关闭手指效应器48a，夹住长方体的物体90，进行把持的把持动作。

接着，在图5的步骤S5中，由摄像装置49进行摄像，基于图像获取机构46摄取的图像信息，由图像识别进行把持确认、即判断由手指效应器48a执行的长方体的物体90的把持动作是否成功。具体地说，由图像识别检测出手指效应器48a与长方体的物体90的相对位置关系，根据长方体的物体90是否位于手指效应器48a的手指之间，由作业计划进程判断把持动作成功与否。即，在长方体的物体90位于手指效应器48a的手指之间的情况下(参照图12C)把持动作成功，在长方体的物体90不位于手指效应器48a的手指之间的情况下，判断把持动作失败。在判断把持动作失败的情况下，作业计划进程将动作步骤返回步骤S3，进行根据图像识别的手指效应器48a的位置微调整，然后，再次进行步骤S4、S5。在判断把持动作成功的情况下，进入步骤S6。

接着，在图5的步骤S6中，由上述控制装置1基于目标轨道数据对作为控制对象3的机械手48进行动作控制，进行由手指效应器48a把持的长方体的物体90的搬运动作。

接着，在图5的步骤S7中，将长方体的物体90搬运到规定的位置进行放置之后，由上述控制装置1对机械手48进行动作控制，将把持长方体的物体90的手指效应器48a的手指张开，长方体的物体90从手指效应器48a中被释放。

接着，边参照图6边说明由动作控制机构5执行的上述控制程序的动作步骤。

在图6的步骤S11中，动作控制机构5对路径选择机构2要求机械手48的关节角度数据的转送。被要求了关节角度数据的路径选择机构2对输入输出接口4要求被输入到计数器45中的关节角度数据的数据转送，输入到计数器45中的机械手48的各个关节的编码值介由输入输出接口4返送到路径选择机构2，从路径选择机构2对动作控制机构5转送各关节的编码值作为当前的关节角度数据(关节变量矢量q＝[θ₁，θ₂，θ₃，θ₄]^T，其中，θ_i为第i关节的角度)。

在图6的步骤S12中，由动作控制机构5进行机械手48的运动学计算所需要的雅克比矩阵J_r等的计算。

接着，在图6的步骤S13中，使用作为转送来的当前的关节角度数据的关节变量矢量q，由动作控制机构5计算机械手48的手指效应器48a的当前的手指位置·姿态矢量r。

在图6的步骤S14中，与手指位置相关的伺服补偿输入值矢量u_p使用下述的式(1)，由动作控制机构5进行计算。

$U_p={J_r}^{-1}\{K_p(r_d-r)+K_v({\stackrel{\·}{r}}_d-r)\}---\left(1\right)$

其中，r_d为手指·位置·姿态矢量的目标值，K_p和K_v为反馈增益矩阵。

位置伺服补偿的目标值矩阵r_d预先由识别·计划机构6计算，计算结果存储在公用存储机构7中，因此通过路径选择机构2自公用存储机构7向动作控制机构5进行存储着的位置伺服补偿的目标值矢量r₄的读取。

在图6的步骤S15中，为了控制实现，应该附加在机械手48上的驱动力矢量τ由运动方程式和位置伺服补偿输入值矢量u_p使用下述式(2)由动作控制机构5计算。

τ＝K_Tu_p                                          ……(2)

式中，K_T为转矩系数矩阵。

在图6的步骤S16中，在步骤S15中由动作控制机构5计算出的驱动力值矢量τ由动作控制机构5的外部输入输出用串行端口54作为驱动力指令值输出。接受到驱动力指令的路径选择机构2，将驱动力指令值转送到输入输出接口4，驱动力指令值介由输入输出接口4输入到D/A转换器42，由D/A转换器42将数字信号的驱动力指令值变换为电压指令值，自D/A转换器42介由输入输出接口4输出。自输入输出接口4接受到电压指令值的电动机驱动器43a～43d对机械手48的各个关节或手指效应器48a产生驱动力。

在动作控制机构5中，通过执行以上图6的步骤S11～步骤S16的计算处理循环构成软件反馈控制系统，例如以1msec这样的规定的时间间隔执行关节角度数据的取入及驱动力指令值的输出，实现实时控制。基于这样求得的输出的驱动力值，执行上述的机械手48的控制动作。

另外，由于假设在电源接通机器人期间，一直进行控制的情况，因此上述处理为死循环。由此，作为目标值如果持续付与一定值，则可以保持静止。

在上述控制动作中，如图16和图7所示，执行：

①路径选择机构2，自识别·计划机构6向公用存储机构7的目标轨道数据的转送(数据转送1)；

②自公用存储机构7向动作控制机构5的目标轨道数据的转送(数据转送2)；

③自输入输出接口4向识别·计划机构6的图像数据的转送(数据转送3)；

④自输入输出接口4向动作控制机构5的关节角度数据的转送(数据转送4)；

⑤自动作控制机构5向输入输出接口4的驱动力值指令数据的转送(数据转送5)。

这些转送要求，由于动作控制机构5和识别·计划机构6独立并列动作，所以在时间上同时进行，会产生重叠的情况。特别是，图像数据容量大，在图像数据转送时发生重叠的概率变高，频繁地产生转送等待。

这样，对于来自动作控制机构5和识别·计划机构6的转送请求同时发生，如上所述，路径控制机构2基于数据转送的优先顺序进行控制。即，路径选择机构2可以设定多种数据转送模式，在各种转送模式中数据转送的优先形式各异。作为一例，数据转送的优先形式如下所示，根据上述控制对象的控制状况，在路径设定机构2中设定转送模式1、转送模式2、转送模式3共计3种。

在转送模式1中，路径选择机构2以自动作控制机构5的转送要求优先的方式动作。在路径选择机构2和动作控制机构5之间配设告知数据转送要求的专用信号线，路径选择机构2可以检知动作控制机构5的数据转送要求。数据转送4和数据转送5的情况下，路径选择机构2以对关节角度数据或驱动值指令数据的转送优先使用路径选择机构2和输入输出接口4之间的传送路径的方式动作，在此期间，图像数据的转送(数据转送3)间歇地转送数据，或在传送路径的容量没有余量的情况下暂停数据转送。路径选择机构2按照在关节角度数据或驱动值指令数据的转送结束之后，进行图像数据的转送的方式进行动作。另外，在数据转送2的情况下，路径选择机构2以路径选择机构2和公用存储机构7之间的传送路径被优先使用的方式动作，因此由识别·计划机构6向公用存储机构7的目标轨道数据的转送(数据转送1)暂时被停止，应该转送的数据存储在路径选择机构2的存储机构23中进行待避。路径选择机构2按照在路径选择机构2和公用存储机构7之间的传送路径中的数据转送结束之后，再进行上述目标轨道数据的转送的方式进行动作。另一方面，应该优先的数据转送2、4和5，如图6所示，因为在步骤S1执行数据转送4，在步骤S4执行数据转送2，在步骤S6执行数据转送5，因此在时间上不会重叠。

另外，上述专用信号线，是如下所述的信号线。即，在图7中，虽然用1个箭头标记数据转送线，但是，实际上，在机器人控制装置的LSI间的布线中，即使在串行转送的情况下，也存在设置信号线和GND、上行下行专用信号线(即上行信号线和下行信号线)情况等多条布线。“专用信号线”如图11所示，与上述信号线不同，设置只用于数据转送要求的数据转送要求专用信号线，通过该数据转送要求专用信号线，高速地进行要求的告知。

如以上所述，在转送模式1的情况下，通过路径选择机构2控制数据转送，动作控制机构5通常不需等待，能够进行关节角度数据的取得或驱动力指令值的输出，即使短控制周期也能确保实时性，实现稳定控制。另外，由于在各个机构等之间的数据转送通过使用数据包的串行通信而执行，因此也可使用数据包间的多重通信，进一步可以减少转送等待。

在转送模式2中，路径选择机构2以数据转送3(图像数据的转送)比数据转送4、5优先的方式动作。通过使图像数据的转送优先，可以高速地进行把持对象物的识别等的图像识别。另一方面，动作控制机构5，作为实时处理机构发挥功能时为了确保实时性，加长控制周期，且将识别·计划机构6作为非实时处理机构6发挥功能，通过该识别·计划机构6执行的作业计划进程计划控制对象3的低速动作或停止动作，防止控制对象3的动作不稳定。

转送模式3，不使特定的数据转送优先，是以均等或特定的比率进行各个数据转送的方式使路径选择机构2动作的模式。根据该转送模式3，边由图像识别识别把持对象，边实现修正手臂位置的视觉反馈那样的图像数据的转送和驱动力指令及关节角度数据的实时的转送的并立所必需的动作。

这里，在图16中，附有“○”意味着附有“○”的数据转送和其他的数据转送在冲突时附有“○”的数据优先的意思。因此，在转送模式3的情况下，即使起冲突，也没有优先转送的数据，所以没有附“○”。

这些转送模式的设定，例如根据上述控制对象的控制状况，由作业计划进程计划并预先决定数据转送的优先顺序，作为模式设定数据被转送给路径选择机构2并被设定。位于某个区域内的长方体的物体90使用图像识别由机械手48的手指效应器48a把持，在向规定的位置移动作业时，转送模式，如图5右侧所示，由路径选择机构2进行切换，实现迅速且稳定的作业。即，路径选择机构2切换转送模式，以使：由图5的步骤S1识别长方体的物体90的位置、姿态和大小时为转送模式2，由图5的步骤S2进行手臂48b的把持准备动作时为转送模式1，在图5的步骤S3根据图像识别进行手臂的接近动作为转送模式3，由图5的步骤S4进行手指效应器48a的长方体物体90的把持动作时为转送模式1，由图5的步骤S5根据图像识别进行把持确认时为转送模式2，由图5的步骤S6进行长方体的物体90的搬运动作时为转送模式1，由图5的步骤S7搬运长方体的物体90进行放置·释放时为转送模式1。

另外，上述路径选择机构，在控制数据转送优先顺序时，也可以进行非优先数据的间隔提取动作来代替使非优先数据的传送停止。即，在非优先数据是图像数据的情况下，虽然通过间隔提取，可以将数据容量缩小，但画质降低，清晰度降低。即由于清晰度降低，图像识别的精度降低。另一方面，在暂时停止作为图像数据的非优先数据的传送的情况下，虽然完全停止图像的传送而不能得到图像，但是在“间隔提取”作为图像数据的非优先数据的传送的情况下，虽然粗糙但是还能够得到图像，所以处理继续进行。

另外，本实施方式中，虽然路径选择机构2采用CPU等个别的LSI部件的CPU端口为例，但是也可以由集成所有功能为一体的单片LSI构成。

另外，在本实施方式，路径选择机构2通过告知数据转送要求的信号线检知到转送要求，但是也可根据在转送数据中包含转送要求源的ID数据，检知转送要求。

另外，虽然在本实施方式中转送模式有3种，但是并不局限于此，根据控制对象3的构成或作业内容，可使模式的种类或数目不同。

根据上述第1实施方式的机器人控制装置1，备有：动作控制机构5，其能作为实时处理机构5发挥作用，进行用于实现实时控制的计算处理；识别·计划机构6，其能作为非实时处理机构发挥作用，进行用于实现智能处理的计算处理；输入输出接口4，其用于输出对控制对象3的指令，输入控制对象3的状态；和路径选择机构2，其通过切换上述动作控制机构5和上述识别·计划机构6和上述输入输出接口4之间的连接来进行通信控制，基于上述动作控制机构5的处理结果，控制作为控制对象3的机器人的动作。因而，在备有通过切换上述机构等4、5、6之间的连接而进行通信控制的路径选择机构2这样的简单构造中，可以边确保实时性，边处理为了控制的高度智能化所需的图像等的大容量的数据。由此，在进行系统的扩展时，只对路径选择机构2连接新的机构就可以，因而可以确保系统的扩展性，又可以简化各个机构等4、5、6之间的连接，并且，以减少发生转送等待的方式对各个机构等4、5、6之间的通信进行控制。

另外，在CPU的运算处理能力为高速、自由度数例如在3以下的机器人手臂的控制等、不需要复杂的控制的情况下，即使由非实时处理机构构成动作控制机构5也可以进行动作控制。在这种情况下，作为动作控制机构5可以使用搭载通用的多任务OS后的CPU端口等，具有系统构筑和控制程序的编写容易的优点。

另外，也可以由实时机构来实现识别·计划机构6，在这种情况下，可以做成没有搭载OS的小规模的CPU端口，或搭载了小规模的实时OS后的CPU端口等简单的系统。另外，特别是在由实时处理机构实现动作计划的情况下，可以实时地生成目标轨道，进行稳定的动作控制。

另外，上述路径选择机构2，以来自上述动作控制机构5的转送要求优先的方式进行动作，可以确保动作控制机构5的实时性。

另外，上述路径选择机构2，具有存储机构23的同时，通过将上述动作控制机构5和上述识别·计划机构6和输入输出接口4和上述路径选择机构2互相由串行传送路径连接，由上述路径选择机构2的存储机构23，通过将应该转送的数据中的被待机的数据存储在路径选择机构2的存储机构23中待避，可以取得上述动作控制机构5和上述识别·计划机构6之间的在时间上的缓冲。

(第1-A实施方式)

图17是表示在第1-A实施方式中的，用于说明路径选择机构的转送控制方法的表的图。第1-A实施方式的构成与第1实施方式相同，但是不是以转送优先顺序，而是以转送数据占有率进行控制。例如，在连接识别·计划机构和路径选择机构的传送路径中，通过决定数据转送1的占有率A(％)由路径选择机构进行被转送数据的控制。其中0≤A≤100。另外，在连接控制IF和路径选择机构的转送路径中，通过决定数据转送4的占有率D(％)及数据转送5的占有率E(％)，由路径选择机构进行被转送数据的控制。其中，0≤D≤100，0≤E≤100且0≤D+E≤100。其他的占有率B、C、F、G也同样。

占有率根据控制状况在动作控制机构或识别·计划机构中被决定，作为数据包数据转送到路径选择机构中。在路径选择机构中，基于发送的占有率控制数据转送的比例。

作为决定数据转送的占有率的指标，使用位置控制的目标值、控制误差。例如，在连接识别·计划机构和路径选择机构的传送路径中，占有率A(％)由

    A＝k_od|dr_d/dt|                              (1-A-1)决定。即，手指位置·姿态的目标值矢量的时间微分值乘以增益常数k_od后的值作为占有率A(％)。

式(1-A-1)的计算在识别·计划机构中进行，占有率A的数据作为数据包数据自识别·计划机构转送到路径选择机构，路径选择机构基于接受到的占有率，以将连接识别·计划机构和路径选择机构之间的数据转送比率达到数据转送1＝A％，数据转送3＝100-A％的方式控制数据转送。

根据式(1-A-1)，在目标值的变化率大时，即目标速度大时占有率A变大，能够可靠地转送目标值，进行稳定控制。例如，在手指的目标值速度的最大值为0.5m/s的情况下，如果k_ad＝160s/m，则手指的移动速度最大时为A＝80％，在手指高速移动时，转送动作控制所需要的目标轨道数据的数据转送1比数据转送3的占有率高，能够稳定控制。

另外，连接控制IF和路径选择机构的传送路径中，占有率D(％)和占有率E(％)根据

D＝E＝k_oe|(r_d-r)|                           (1-A-2)决定。其中，koe为增益常数。

式(1-A-2)的计算在动作控制机构中进行，占有率D、E的数据作为数据包数据从动作控制机构转送到路径选择机构，路径选择机构基于接收到的占有率，以将连接控制IF和路径选择机构之间的数据转送比率达到数据转送3＝100-D-E％、数据转送4＝D％、数据转送5＝E％的方式控制数据转送。

根据式(1-A-1)，如果增加手臂手指位置·姿态误差rd-r，则增加占有率D、E(只是，不到100以上)，增加与手臂的实时动作控制相关的数据转送4及数据转送5的转送数据中的比率，控制趋于稳定方向，减小控制误差。

另外，路径切换机构和其他的机构间的通信不只是数据转送，另外，还进行表示占有率数据或转送目标的地址等的其他通信，因此，即使占有率100％也并不占有所有通信频带，意味着分配给数据转送用的频带的100％。

另外，在本实施方式中，虽然以占有率的最大值为100％进行了说明，但通过根据动作模式将最大值限制在100％以下的值，可以进行高精度的控制。例如，在进行与图5同样的动作时，在步骤S2中只进行手臂的动作控制，不需要图像识别处理，因此即使数据转送1的最大占有率为100％也能动作，但是，步骤S3是视觉反馈，由于图像识别处理和动作控制同时进行方能更顺利地进行动作，因此如果将数据转送1的最大占有率限定在例如70％，则只进行动作控制，并不停止图像识别处理，而可以进行可靠的动作。

另外，在本实施方式中，数据转送1的占有率设置为A％，以数据转送1的占有率为基准，但是本发明并不局限于此，作为更高度的控制，考虑根据动作模式切换基准的方法。例如，进行与图5同样的动作的情况下，在步骤S1和步骤S3中需要图像识别，因此以进行图像数据的转送的数据转送3为基础，在步骤S2中需要进行动作控制，因此以数据转送1为基准，通过进行这样的设定作为机器人可以进行更可靠的动作。

(第2实施方式)

图8A是表示本发明第2实施方式中的机器人控制装置1A的构成的图。如图8A所示，第2实施方式的机器人控制装置1A由1a～1e五个第1～第5分散控制装置构成，以具有图8B所示的左右两个手臂56、57且作为控制对象3的一例的机器人，在自主移动机器人55的体内分散配置，构成各个的功能块。即，第1分散控制装置1a是主管动作计划和判断的智能块，第2和第3分散控制装置1b和1c是控制前端具有手指效应器56a、57a的两个手臂56、57的动作的手臂控制块，第4分散控制装置1d是通过驱动左右两个车轮58、58而主管移动机器人55的移动的移动控制块，第5分散控制装置1e是取入来自照相机或传感器59的信息，识别外界状况的识别块。

具体地说，以如下方式构成。其中，路径选择机构2a、2b、2c、2d、2e，具有与上述实施方式的路径选择机构2同样的构成，基本具有同样的功能。另外输入输出接口4b、4c、4d具有与上述实施方式的输入输出接口4同样的构成，除了同样的功能(即，分别独立驱动各关节的电动机的功能)之外，还具有基本分别独立地驱动左右的车轮58、58的功能。另外，识别·计划机构6a、6e具有与上述的实施方式的识别·计划机构6同样的构成，基本具有同样的功能，搭载多任务的OS，以分时多任务执行两个手臂56、57和两个车轮58、58的动作的计划或判断用的进程以及图像识别用的图像识别进程。这里，认识·计划机构6a和6e之间的功能上的不同在于，识别·计划机构6a进行机器人的动作处理，与此相对，识别·计划机构6e进行图像识别处理。例如，由识别·计划机构6a执行两只手臂56、57的动作计划或判断用的进程以及两个车轮58、58的动作的计划或判断用的进程，用认识·计划机构6e执行图像识别用的图像识别进程。

另外，在手臂56的手腕中设置力传感器100，其用于检知用两个手臂把持1个物体时与物体相关的应力。该力传感器100，可以配置在手臂56或手臂57中的任一方中。

另外，动作控制机构5b、5c、5d具有与上述的实施方式的动作控制机构5同样的构成，基本具有同样的功能，不搭载OS(操作系统)，单任务地执行左右手臂57、56的动作控制用的程序(例如，进行左右的手臂57、56的动作控制用的实际时间的计算)。

首先，第1分散控制装置1a，作为上述智能块，由分时多任务地执行两只手臂56、57的动作的计划或判断用的进程以及两个车轮58、58的动作计划或判断用进程的识别·计划机构6a；与识别·计划机构6a连接的路径选择机构2a；和与路径选择机构2a连接、通过路径选择机构2a的路径选择将来自识别·计划机构6a的转送目标轨道数据存储在规定位置或存储各种计算结果的公用存储机构7构成，由识别·计划机构6a分时多任务地执行两个手臂56、57的动作计划或判断用进程以及两个车轮58、58的动作计划或判断用进程。

第2分散控制装置1b，作为上述右手臂控制块，由与第1分散控制装置1a的路径选择机构2a连接的路径选择机构2b，与路径选择机构2b连接且与右手臂57的驱动装置(例如，安装在发挥作为机械手功能的右手臂57的各关节中的图中未示出的电动机)连接的输入输出接口4b，与路径选择机构2b连接、用于单任务地执行动作控制用的进程(例如用于执行右手臂57的动作控制的实时计算)的动作控制机构5b构成，由动作控制机构5b单任务地执行用于上述右手臂57的动作控制的进程，进行右手臂57的动作控制。

第3分散控制机构1c，作为上述左手臂控制块，由与第1分散控制装置1a的路径选择机构2a连接的路径选择机构2c；与路径选择机构2c连接且与左手臂56的驱动装置(例如，安装在发挥作为机械手功能的左手臂56的各关节中的图中未示出的电动机)连接的输入输出接口4c；和与路径选择机构2c连接、用于单任务执行动作控制的进程(例如用于执行左手臂56的动作控制的实时计算)的动作控制机构5c构成，由动作控制机构5c单任务地执行用于上述左手臂56的动作控制的进程，进行左手臂56的动作控制。

第4分散控制机构1d，作为上述移动控制块，由与第1分散控制装置1a的路径选择机构2a连接的路径选择机构2d；与路径选择机构2d连接且分别独立地对作为左右车轮58、58的驱动装置的一例的电动机58a、58a输出驱动信号，另一发面，输入来自检测电动机58a、58a的各自的旋转轴(或者车轮58、58的车轴)的旋转角度的编码器58b、58b的旋转角度检测信号的输入输出接口4d；与路径选择机构2d连接、单任务执行两个车轮58、58的动作控制用的进程(例如，用于进行两个车轮58、58的动作控制的实时计算)的动作控制机构5d构成，通过驱动左右两个车轮58、58，使上述移动机器人55移动。

第5分散控制装置1e，作为上述识别块，由与第4分散控制装置1d的路径选择机构2d连接的路径选择机构2e，与路径选择机构2e连接的输入输出接口60，与输入输出接口60连接的照相机或传感器59，与路径选择机构2e连接、分时多任务地执行用于图像识别的图像识别进程的识别·计划机构6e构成，由识别·计划机构6e分时多任务地执行读取来自照相机或传感器59的信息，用于识别外界状况的图像识别用的图像识别进程。

对于以上构成的机器人控制装置1A，以使用图像识别，用上述两只手臂56、57的前端的手指效应器56a、57a把持放置在某个区域内(作为对象物的一例的)的长方体物体90(参照图3)，将用手指效应器56a、57a把持的长方体的物体90移动到规定位置的作业为例进行说明。

由识别·计划机构6e执行的图像识别处理，以与输入输出接口60连接的照相机59取得的图像为基础，识别由手臂56、57把持的长方体的物体90的位置、姿态及大小，识别结果的数据作为从手臂56、57看到的长方体的物体90的绝对坐标系位置·姿态、形状数据交给由识别·计划机构6a生成的作用计划进程。由识别·计划机构6a生成的作业计划进程，以交给的位置·姿态、形状数据为基础，使用例如多项式插补生成将手指效应器56a、57a从初始位置移动到长方体的物体90、由手指效应器56a、57a把持长方体的物体90用的轨道以及由手指效应器56a、57a将被把持的长方体的物体90向规定的位置搬运用的轨道。在识别·计划机构6a生成的目标轨道数据，以在各个时刻的手臂56、57的手指效应器56a、57a的位置(手指位置)·姿态及手指效应器56a、57a的动作的速度·角速度这样的形式生成。作为串行数据由输入输出接口60被转送到路径选择机构2e。

路径选择机构2e，将由识别·计划机构6e转送的目标轨道数据存储在公用存储机构7的规定位置的方式动作。因此，表示手臂56、57的手指效应器56a、57a应该怎样动作的目标轨道数据通常可以参照公用存储机构7。

在与路径选择机构2e直接连接的路径选择机构2d相连的动作控制机构5d、以及介由路径选择机构2d和2a间接地与路径选择机构2e连接的路径选择机构2d、2c相连的动作控制机构5b、5c中，用于按照目标轨道数据使手臂56、57的手指效应器56a、57a动作的控制程序，按照下面的方式执行。

即，在识别长方体的物体90的位置、姿态和大小之后，基于目标轨道数据由上述控制装置1A控制作为控制对象3的手臂56、57的动作，将手臂56、57的手指效应器56a、57a移动到长方体的物体90附近，进行手臂56、57的把持准备动作。作为一例，如图13A～图13B所示，主动移动机器人55移动，将手臂56、57的手指效应器56a、57a转动到与长方体的物体90相对的位置。

接着，进行带图像识别的手臂56、57的接近动作。这具体地说，是视觉反馈，手臂56、57的手指效应器56a、57a和长方体的物体90的相对位置关系由图像识别检测，边以手指效应器56a、57a和长方体的物体90不接触的方式微调手指效应器56a、57a的位置，边如图13B所示，将手指效应器56a、57a移动到由手指效应器56a、57a可以把持物体90的位置。

接着，基于目标轨道数据由上述控制装置1A控制作为控制对象3的手臂56、57的动作，如图13C～13D所示，在将手指效应器56a、57a互相将要碰到地夹住的同时，闭合手指效应器56a、57a的各自的手指，进行以夹着长方体的物体90的方式进行把持的把持动作。

接着，由照相机59进行拍摄，基于拍摄的图像信息，由图像识别进行把持确认，即判断由手指效应器56a、57a执行的长方体的物体90的把持动作是否成功。具体地说，由图像识别检测出手指效应器56a、57a和长方体的物体90的相对位置关系，通过判断长方体的物体90是否位于手指效应器56a、57a之间，来判断把持动作是否成功。即，在长方体的物体90位于手指效应器56a、57a之间的情况下(参照图13D)，把持动作成功，在长方体的物体90位于手指效应器56a、57a之间的情况下(参照图13D)则判断把持动作失败。在判断把持动作失败的情况下，进行图像识别的手指效应器56a、57a的位置微调之后，再次进行把持动作和根据图像识别进行的把持确认动作。

在判断把持动作成功的情况下，基于目标轨道数据由上述控制装置1A控制作为控制对象3的手臂56、57的动作，由手指效应器56a、57a协调进行被把持的长方体的物体90的协调控制的搬运动作。

接着，搬运放置长方体的物体90到规定位置后，由上述控制装置1A控制手臂56、57的动作，把持长方体的物体90的手指效应器56a、57a的手指张开，并且手指效应器56a、57a间的间隔扩大，长方体的物体90从手指效应器56a、57a释放。

接着，对由动作控制机构5b、5c、5d执行的上述控制程序的动作步骤进行说明。

首先，动作控制机构5b、5c对路径选择机构2b、2c要求手臂56、57的关节角度数据的转送。要求关节角度数据的路径选择机构2b、2c对输入输出接口4b、4c要求被输入到各自对应的计数器45中的关节角度数据的数据转送，输入计数器45中的手臂56、57的各个关节的编码值介由输入输出接口4b、4c返送到路径选择机构2b、2c，从路径选择机构2b、2c将各关节的编码值作为当前关节角度数据(关节变量矢量q₁(手臂56的关节变量矢量)及矢量q₂(手臂57的关节变量矢量))转送到动作控制机构5b、5c。另外，在协调动作时，力传感器100的输出值也介由输入输出接口4c发送到路径选择机构2c、2a、2b、2d中，从路径选择机构2c、2a、2b、2d输入到动作控制机构5c、5b、5d。

接着，由动作控制机构5b、5c执行手臂56、57的运动学计算所需要的雅克比矩阵J_r1、J_r2等的计算。

接着，使用转送来的作为当前关节角度数据的关节变量矢量q₁和关节变量矢量q₂，由动作控制机构5b、5c计算手臂56、57的手指效应器56a、57a的当前手指位置·姿态矢量r₁、r₂。

接着，与手指位置相关的位置伺服补偿输入值u_p1、u_p2使用下述的式(3a)和(3b)，或式(4a)和(4b)的各式由动作控制机构5b、5c计算。

独立动作的情况下(手指效应器56a、57a移动到长方体的物体90的附近的情况下，和将手指效应器56a、57a移动到由手指效应器56a、57a可把持物体90的位置的情况下)

$u_{p1}={J_{r1}}^{-1}\{K_{p1}(r_{1d}-r_1)+K_{v1}({\stackrel{\·}{r}}_{1d}-{\stackrel{\·}{r}}_1)\}---\left(3a\right)$

$u_{p2}={J_{r2}}^{-1}\{K_{p2}(r_{2d}-r_2)+K_{v2}({\stackrel{\·}{r}}_{2d}-{\stackrel{\·}{r}}_2)\}---\left(3b\right)$

在协调动作的情况下(进行由手指效应器56a、57a协调把持的长方体的物体90的协调控制的搬运动作的情况)

$u_{p1}=J_{r1}^{-1}\{K_{\mathrm{pb}}(r_{\mathrm{bd}}-r_b)+K_{\mathrm{vb}}({\stackrel{\·}{r}}_{\mathrm{bd}}-{\stackrel{\·}{r}}_b)\}-J_{r1}^T{K}_f{\∫}_{t_0}^t(f_d-f)\mathrm{dt}---\left(4a\right)$

$u_{p2}=J_{r2}^{-1}\{K_{\mathrm{pb}}(r_{\mathrm{bd}}-r_b)+K_{\mathrm{vb}}({\stackrel{\·}{r}}_{\mathrm{bd}}-{\stackrel{\·}{r}}_b)\}-J_{r2}^T{K}_f{\∫}_{t_0}^t(f_d-f)\mathrm{dt}---\left(4b\right)$

其中，r_1d是手臂56的手指位置·姿态矢量的目标值，r_2d是手臂57的手指位置·姿态矢量的目标值，r_b＝{r₁+r₂}/2，r_bd＝{r_1d+r_2d}/2，f是与把持对象相关的应力矢量，f_d是应力矢量的目标值。

位置伺服补偿的目标值预先由识别·计划机构6a计算，计算结果存储在公用存储机构7中，因此介由路径选择机构2b、2c从公用存储机构7向动作控制机构5b、5c进行存储的手指位置·姿态矢量的目标值r_1d、r_2d的读入。

接着，为了控制实现，应该施加到手臂56、57上的驱动力矢量τ₁、τ₂通过运动方程式和位置伺服补偿输入值矢量u_p1、u_p2使用下式(5)由动作控制机构5b、5c计算求得驱动力值。

τ₁＝K_Tu_p1                                 ………(5)

τ₂＝K_Tu_p2

其中，K_T为力矩系数矩阵。

接着，根据前面由动作控制机构5b、5c计算出的驱动力值矢量τ₁、τ₂由动作控制机构5b、5c的各外部输入输出用串行端口54作为驱动力指令输出。接受到驱动力指令值的路径选择机构2b、2c将驱动指令转送到输入输出接口4b、4c，驱动力指令值介由输入输出接口4b、4c输入到各个D/A转换器42，由各个D/A转换器42将数字信号的驱动力指令值变换为电压指令值，从各个D/A转换器42介由各个输入输出接口4b、4c分别输出。自输入输出接口4b、4c接受到电压指令值的各个电动机驱动器(参照图3的电动机驱动器43a～43d)，产生对手臂56、57的各关节或手指效应器56a、57a的驱动力。

在动作控制机构5b、5c中，通过执行以上的计算处理循环，构成软件反馈控制系统，例如以1msec这样规定的时间间隔，执行关节角度数据的读取及驱动指令值的输出，实现实时控制。

基于这样求得的输出驱动力值，控制上述手臂56、57及车轮58的动作。

在上述图8A所示的分散控制系统中，例如，如路径选择机构2a那样不直接与动作控制机构5b、5c、5d连接，重要在于与第2～4分散控制装置1b、1c及1d的多个块连接的路径选择机构2b、2c及2d的转送动作。例如，如上所述，由两只手臂56、57的手指效应器56a、57a协调把持一个物体的情况下，两只手臂56、57由于会产生几何学的约束关系，所以必须进行考虑该约束关系的控制。另外，在把持的物体90中，通过两只手臂56、57的手指效应器56a、57a互相按合或互相拉合而产生应力，因此必须进行考虑了该应力的控制。为了实现这样的协调控制，需要式(4a)、(4b)的计算，式(3a)、(3b)是分别独立的式子，但是式(4a)、(4b)存在通用的值，因此该值的交换需要在动作控制机构5b与5c之间，因此，控制包括各个手指效应器56a、57a的手臂56、57的第2、3分散控制装置1b及1c协作必须实时进行。

为了实现上述的实时协作，在与本发明有关的第2实施方式中，动作控制机构5b、5c、5d，在从动作控制机构5b、5c、5d输出的数据中包含优先顺序数据并输出。例如，在动作控制机构5b、5c、5d与其他的机构等之间的连接由串行传送线路构成的情况下，可以在数据包数据的块的一部分中埋入优先顺序数据。路径选择机构2a、2b、2c、2d、2e参照自动作控制机构5b、5c、5d发送来的数据内的优先顺序数据部分，判断该数据是否优先转送。在各个路径选择机构2a、2b、2c、2d、2e中，分别比较数据内的优先顺序数据部分的优先顺序，优先进行优先顺序高方的数据转送，与第1实施方式相同使优先顺序低的数据转送暂时停止或待机。优先顺序高方的数据转送结束时，进行优先顺序低方的数据转送。作为在数据包数据的块的一部分中埋入优先顺序数据的一例，可以考虑将构成数据包的位列自前方开始，以表示头的位列、表示转送源ID的位列、表示转送目标ID的位列、表示优先顺序数据的位列、表示数据种类的位列、表示转送数据的位列、表示数据包终端的位列按顺序排列的构成。

通过进行以上那种数据转送优先顺序控制，可以更高度的稳定的控制进行两只手臂56、57的协调动作、主动移动机器人55边移动边可以稳定地进行用手臂56、57把持物体90时的手臂56、57和车轮58、58的协调动作等。

进而，如图8A所示，在与本发明相关的机器人控制装置1A中，具有可以将路径选择机构2a、2b、2c、2d、2e作为节点，与各个块连接，易于构成分散控制系统这样的特点。另外，如果各块间的通信用串行通信进行，则可以简化主动移动机器人55体内的布线。另外，路径选择机构2a、2b、2c、2d、2e作为节点如果扩展连接，则不需改造各个动作控制机构5b、5c、5d和识别·计划机构6a、6e等的构造，就可以扩展功能，例如，在图像识别的基础上，追加声音识别功能等，容易实现控制的高度化。

作为一例，以下说明在图8A的机器人控制装置中追加声音识别功能的具体例。作为第6分散控制装置发挥功能的声音识别功能块1f，如图14所示，由作为声音输入装置的一例的麦克风62；与麦克风62连接的输入输出接口61；识别·计划机构6f；分别与识别·计划机构6f和输入输出接口61连接，并且也与其他的路径选择机构(例如2e)连接的路径选择机构2f构成。路径选择机构2a～2e分别起着节点作用，因此声音识别功能块1f的路径选择机构2f不限于路径选择机构2e，也可以与其他任何路径选择机构连接。另外，如图14所示，可以是并不设定声音识别功能块1f那样的声音识别专用块，将第5分散控制装置1e的照相机或传感器59中的传感器之一作为麦克风，由识别·计划机构6e以多任务执行声音识别程序那样的构成。

(第2-A实施方式)

作为实施方式2-A，是与图8A所示的第2实施方式同样的构成，对于控制路径选择机构可以控制数据转送路径的时钟速度的情况下的动作进行说明。如在第2实施方式中说明过的那样，在手臂56和手臂57独立动作的情况下，与协调动作情况下路径选择机构2a、2b、2c必须转送的数据量不同。与此相对，在实施方式2-A中，使手臂协调动作时，与使手臂独立动作时相比，数据转送路径的时钟速度例如以2倍、3倍这样的整数倍上升那样进行动作。时钟速度的控制，在执行动作计划的识别·计划机构执行、计划协调动作时，将时钟控制指令转送到路径选择机构，控制时钟速度。由此，通过控制时钟速度，在不大需要数据转送速度的手臂的独立动作时以低速时钟执行低功耗的动作，在手臂协调动作时，以高速时钟稳定手臂间的协作，实现协调动作。

另外，关于为了进行图像识别由照相机·传感器59将数据转送到识别·计划机构6e的路径选择机构2e，另外通过只在进行图像识别时进行高速时钟动作实现低功耗动作。

(第3实施方式)

图9A是表示本发明的第3实施方式中的机器人控制装置1B的构成的图。如图9A所示，第3实施方式的机器人控制装置1B可以分为两部分，一部分为配置在控制对象3的一例的移动机器人18中的可动侧控制装置11a，一部分为配置在固定体18b中的固定侧控制装置11b。如图9B所示，在应用在移动机器人18中的情况下，将影响实时性的部分集中在可动侧控制装置11a中，搭载在移动机器人18的机器人主体中，将其他的非实时性的部分集中在固定控制装置11b中，安装在移动机器人18的机器人主体外的固定控制部18a中，通过天线20a、20b间的无线进行可动侧和固定侧路径选择机构12a、12b间的通信，可以易于构成机动性高，智能功能也高的移动机器人18。

具体地说，可动侧控制装置11a，备有与天线20a连接的第1无线通信机构110；与第1无线通信机构110连接的可动侧路径选择机构12a；与可动侧路径选择机构12a连接的输入输出接口14；与可动侧路径选择机构12a连接的动作控制机构15，构成影响实时性的部分。路径选择机构12a，经由与上述的实施方式的路径选择机构2同样的构成，基本执行同样的功能。输入输出接口14，具有与前面的实施方式的输入输出接口4同样的构成，基本执行同样的功能(即，分别独立地驱动各关节的电动机的功能)，作为左右车轮13、13的驱动装置的一例的电动机13a、13a和编码器13b、13b连接，分别对驱动电动机13a、13a独立输出驱动信号，另一方面，输入来自检测电动机13a、13a的各个旋转轴(或车轮13、13的车轴)的旋转角度的编码器13b、13b的旋转角度检测信号。另外，动作控制机构15，具有与前面的实施方式的动作控制机构5同样的构成，基本具有同样的功能，不搭载OS(操作系统)，单任务地执行左右车轮13、13的动作控制用的进程(例如，用于进行左右车轮13、13的动作控制的实时计算)。

固定侧控制装置11b，备有：与天线20b连接的第2无线通信机构111；与第2无线通信机构111连接的固定侧路径选择机构12b；与固定侧路径选择机构12b连接并且与照相机19连接的输入输出接口17；与固定侧路径选择机构12连接的识别·计划机构16，构成其他的非实时部分。路径选择机构12b，具有与上述实施方式的路径选择机构2同样的构成，基本具有同样的功能。识别·计划机构6，具有与上述实施方式的识别·计划机构6相同的功能，基本具有同样的功能，搭载多任务OS，以分时多任务执行用于移动机器人18的两个车轮13、13的动作计划或判断的进程及图像识别用的图像识别进程。作为图像识别进程的一例，是以由与输入输出接口17连接的照相机19取入的图像为基础，识别移动机器人18的位置、姿态，识别结果的数据作为移动机器人18的绝对坐标系的位置·姿态数据由进程间通信交给作业计划进程那样的处理。

上述第1、第2无线通信机构110、111，是对自路径选择机构12b、12a发送来的数字数据经过调制作为模拟量的电波发送，及接收模拟量的电波，通过解调得到数字数据用的机构，分别由基带电路或RF电路构成。另外作为无线通信方式，可以应用频谱扩展方式等。

由上述作业计划进程计划的目标轨道数据，由路径选择机构12b转送到第2无线通信机构111，由第2无线通信机构111调制后，作为电波被发送。由固定侧控制装置11a接受的电波，由第1无线通信机构110作为目标轨道数据被解调。被解调出的目标轨道数据暂时存储在路径选择机构12a的存储机构中，在取得时间上的缓冲后，转送到动作控制机构15。

在上述的图9A中所示的分散控制系统中，在电波恶化时，必须处理在第1、第2无线通信机构110、111间的无线通信中发送错误频繁产生、重复进行再发送、发生转送等待这样的问题。即使在这样的状况下，为了得到稳定的实时控制，路径选择机构12a使动作控制机构15和输入输出接口14间的数据转送优先进行。另外，在发送错误频繁产生、得不到目标轨道数据、没有时间上的缓冲时，相反，使自第2无线通信机构110的数据转送优先进行，动作控制机构15延迟控制周期，且防止使移动机器人的速度降低或停止，动作变地不稳定的情况。

通过进行以上的数据转送的优先顺序控制，可以稳定进行更高度的控制。

另外，如果路径选择机构12a、12b作为节点扩展连接，则不需改变动作控制机构15或识别·计划机构16等的构造就可以进行功能扩展，例如在图像识别的基础上，追加声音识别功能或在移动机器人18为扫除机器人的情况下追加吸引动作功能等，可以容易地达到控制高度化。

另外，本发明并不局限于上述的实施方式，也可以其他的各种方式实现。

例如，在上述的第1、2、3实施方式中，虽然以用于识别·计划机构的图像识别的图像数据的转送为例，但本发明并不限于此，即使是用于声音识别的声音图像的转送、用于通过通信网络的机器人的遥控操作的数据(动作指令或力觉反馈数据)的转送，也发挥同样的效果。

例如，在上述的第1、2、3实施方式中，虽然以手臂型机器人和车轮移动机器人作为控制对象，但并不局限于此，具有进行规定的动作的传动机构，例如，在手臂型机器人和车轮移动机器人以外的人形双足步行机器人或四足步行机器人、或电子部件安装机或NC工作机械、进而汽车(发动机控制、变速器控制、ABS控制、有源悬挂控制等)等的输送机械这样的机构控制的领域中，当然可以发挥同样的效果。

另外，路径选择机构，通常不优先动作控制机构之间的数据转送，例如，也可以根据危险回避动作等的机器人的动作故障的程度，改变优先顺序。例如，使危险回避动作用的数据转送相对其他所有的数据转送优先，其他的数据转送因为先进入路径选择机构所以可以转送。

另外，在将数据转送优先顺序的信息对路径选择机构一旦设定之后，可作为输入数据转送优先顺序的变更信息，根据使用环境变化、状况变化等的控制状况，也可以变更数据转送优先顺序。

另外，由上述动作控制机构的实时处理，是以某一定的微小时间间隔(例如1msec)Δt(控制周期)输出控制用指令，输入控制对象的状态数据(关节角度数据等)的处理，是为了实现机构的反馈的动作控制而必须的处理。另外，所谓上述非动作控制机构的作业计划，意思是不进行上述某一定的微小时间间隔Δt那样的时间约束的处理。作为一例，在图15中，达到进入状态同时进行规定的计算处理，在其计算结果作为指令输出被输出的情况下，指令输出即动作控制用的计算处理，必须在时间间隔Δt内结束，且在时间间隔Δt内计算处理很快结束时，到指令输出为止的时间为剩余时间。这样，所谓实时处理，意思是输入和输出必须在每个时间间隔Δt内执行的处理。

另外，通过上述各种实施方式中的任意实施方式的适当组合，可以达到各自所具有的效果。

根据本发明的机器人控制装置，可以提供如下的机器人控制装置，即各个机构等，通过设置切换例如动作控制机构、识别·计划机构、输入输出接口等之间的连接而进行通信控制的路径选择机构，可以边确保系统的扩展性，边实现各个机构等之间的连接简单构成，且可以减少各个机构等之间的通信转送等待的发生那样的切换控制，为了控制的高度智能化，可提供以简单的构造边确保实时性边处理必要的图像等的大容量数据的机器人控制装置。

另外，在CPU的运算处理能力为高速，自由度数目例如为3以下的机器人手臂的控制等、不需要复杂的控制的情况下，即使由非实时处理机构构成动作控制机构，也可以进行动作控制。在这种情况下，作为动作控制机构可以使用搭载了通用的多任务OS的CPU插件板等，具有系统的构筑或控制程序编制容易的优点。

另外，也可以由实时机构实现识别·计划机构，在这样的情况下，可以做成不搭载OS的小规模的CPU插件板或搭载小规模的实时OS的CPU插件板等简单的系统。另外，特别是在用实时处理机构实现动作计划的情况下，可以实时地生成目标轨道，进行稳定地动作控制。

如第1路径选择机构和第2路径选择机构那样，通过具有多个路径选择机构，存在容易构筑如图8A所示的机器人那样的1a、1b、1c、1d、1e的多个分散控制装置的构成，或如图9A所示的机器人那样控制装置分离的构成那样的优点。

另外，本发明的机器人控制装置，备有进行用于实现实时控制的计算处理的动作控制机构；进行用于实现智能处理的计算处理的识别·计划机构；输出对控制对象的指令，输入控制对象的状态用的输入输出接口；通过切换上述动作控制机构、上述识别·计划机构及上述输入输出接口之间的连接而进行通信控制的路径选择机构。

由此，进行系统扩展时，只在路径选择机构中连接新的机构就可以了，可以边确保系统的扩展性，边使各个机构等之间的连接变为简单的结构，且可以将各个机构等之间的通信以转送等待的发生少的方式进行切换控制。

上述路径选择机构，通过使来自上述动作控制机构的转送要求优先的方式进行动作，可以确保动作控制机构的实时性。

另外，上述路径选择机构，具有存储机构，且通过串行传送路径将上述动作控制机构、上述识别·计划机构、上述输入输出接口和上述路径选择机构互相连接，由上述路径选择机构的存储机构通过将应该转送的数据中的使待机的数据存储待避在路径选择机构的存储机构中，可以取得上述动作控制机构和上述识别·计划机构间的时间上的缓冲。

另外，本发明的机器人控制装置，备有：进行用于实现实时控制的计算处理的动作控制机构；进行用于实现智能处理的计算处理的识别·计划机构；取得上述动作控制机构和上述识别·计划机构间的时间上的缓冲的共享存储机构；输出对控制对象的指令、输入控制对象的状态用的输入输出接口；切换上述动作控制机构、上述识别·计划机构、上述公用存储机构和上述输入输出接口之间连接的路径选择机构。

由此，能够通过边实现实时控制边并行执行智能处理。

另外，通过将上述各个实施方式中的任意的实施方式适当组合，可以达到各自所具有的效果。

本发明，边参照附图，边对优选的实施方式相关联地充分进行描述，但是对于熟悉该技术的技术人员来说可理解各种变形或修改。这样的变形与修改，应该理解为只要不脱离在附加的权利要求的范围所限制的本发明的范围，均包含在其中。

Claims (16)

1、一种机器人控制装置，其特征在于，备有：

动作控制机构(5、5b、5c、5d)，其进行用于实现控制对象(3)的动作控制的计算处理；

识别·计划机构(6、6a、6e、16)，其进行所述控制对象的作业·动作计划和外界识别；

输入输出接口(4、4b、4c、4d、14)，其用于输出对所述动作对象的指令，输入所述控制对象的状态；和

路径选择机构(2、2a、2b、2c、2d、12a、12b)，其通过切换在所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制，

边通过由所述路径选择机构切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制，边基于所述控制对象的所述作业·动作计划和所述外界识别的结果控制作为所述控制对象的机器人的动作。

2、一种机器人控制装置，其特征在于，备有：

动作控制机构(5b、5c、5d)，其进行用于实现控制对象(3)的动作控制的计算处理；

识别·计划机构(6a)，其进行所述控制对象的作业·动作计划和外界识别；

输入输出接口(4b、4c、4d)，其用于输出对所述控制对象的指令，输入所述控制对象的状态；

第1路径选择机构(2a)，其与所述识别·计划机构连接；

第2路径选择机构(2b、2c、2d)，其与所述动作控制机构、所述第1路径选择机构和所述输入输出接口连接，

所述第1路经选择机构，通过切换所述第2路径选择机构和所述识别·计划机构之间的连接而进行通信控制，并且所述第2路径选择机构，边通过切换所述识别·计划机构和所述第1路径选择机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制，边基于所述控制对象的所述作业·动作计划及所述外界识别的结果控制作为所述控制对象的机器人的动作。

3、根据权利要求1或权利要求2所述机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，具有控制数据转送的优先顺序的功能，通过所述路径选择机构，根据所述数据转送的优先顺序，切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

4、根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，根据所述控制对象的控制状况控制数据转送的优先顺序，通过所述路径选择机构，根据所述控制对象的控制状况，按照所述数据转送的优先顺序切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

5、根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，根据转送数据中所包含的优先顺序数据控制数据转送的优先顺序。

6、根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，在控制数据转送的优先顺序时，执行使非优先数据的转送暂停的动作。

7、根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，在控制数据转送的优先顺序时，执行非优先数据转送的间隔提取动作。

8、根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，具有控制数据转送容量的占有率的功能，通过所述路径选择机构，根据所述数据转送容量的占有率，切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

9、根据权利要求8所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，根据所述控制对象的控制状况控制所述数据转送容量的所述占有率，通过所述路径选择机构，按照所述控制对象的控制状况，根据所述数据转送容量的所述占有率，切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

10、根据权利要求8所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，根据转送数据中所包含的占有率数据控制所述数据转送容量的所述占有率。

11、根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，具有控制数据转送的时钟速度的功能，根据所述控制对象的控制状况改变所述数据转送的时钟速度，切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

12、根据权利要求4、权利要求9或权利要求11所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述控制对象的控制状况是控制误差。

13、根据权利要求4、权利要求9或权利要求11所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述控制对象的控制状况是控制目标值。

14、根据权利要求4～7中的任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构具有用于告知数据转送要求用的专用信号线。

15、根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，具有存储机构(23)，其取得所述动作控制机构和所述识别·计划机构间的时间上的缓冲，

所述路径选择机构，其通过切换所述动作控制机构和所述识别·计划机构和所述公用存储机构和所述输入输出接口之间的连接而进行通信控制。

16、根据权利要求9中所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述路径选择机构，在控制数据转送优先顺序时，进行将非优先数据待避在所述存储机构中的动作。

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