【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のリンクとリンクを結合する関節とを有し、関節の駆動機構および該駆動機構の駆動制御装置を各リンクに分散配置したロボット制御装置に関し、特に、分散配置された前記駆動制御装置に指令値を送信するためのシリアルネットワーク型通信装置を備えたロボット制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の産業用ロボットは、マニピュレータ内に内蔵されたアクチュエータおよび位置検出器が、別置きのコントローラとそれぞれ独立の配線で接続されていた。この場合、アクチュエータ数が増えるほど配線数が膨大となり、組立性・信頼性が悪いという問題点がある。そこで、位置指令値を生成する主コントローラと、各アクチュエータを制御するサブコントローラをシリアルネットワーク型通信路で接続し、サブコントローラをマニピュレータ内部におけるアクチュエータおよび位置検出器の近傍に配置することで、配線数を削減し、拡張性に富んだものにするロボット装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平８−１９９８５号公報（特許文献１）には、マニピュレータのリンク内部にアクチュエータおよび該アクチュエータを駆動制御するサブコントローラを内蔵してユニット化し、そのユニットを複数連結することで構成されたロボットにおいて、マニピュレータ外部あるいは基部に配置された主コントローラとリンク内部に配置されたサブコントローラとの間で位置指令値を授受するためのシリアル通信装置を備えたロボット制御装置が提案されている。
以下、この従来のロボット制御装置を図１０〜図１２に基づいて説明する。
図１０は当該従来のロボット制御装置の基本構成を示す図、図１１はその通信タイミングを示す図、図１２はサブコントローラの受信フローチャートである。
【０００４】
図１０において、ロボット制御装置は、各マニピュレータ毎にアクチュエータ６０１ａ〜６０１ｃと、アクチュエータ６０１ａ〜６０１ｃの位置速度等の状態を検出する位置検出器６０２ａ〜６０２ｃと、位置検出器６０２ａ〜６０２ｃから検出した値をもとにアクチュエータ６０１ａ〜６０１ｃを制御するサブコントローラ６０３ａ〜６０３ｃとを備えており、各サブコントローラ６０３ａ〜６０３ｃは、シリアルネットワーク型通信路６０５を介して主コントローラ６０４に接続されている。主コントローラ６０４は、アクチュエータ６０１ａ〜６０１ｃに対する位置指令値を生成するもので、特定の時点でアクチュエータ６０１ａ〜６０１ｃが同時に取るべき位置指令値を計算し、シリアルネットワーク通信路６０５から各サブコントローラ６０３ａ〜６０３ｃへ順に送信する。
【０００５】
その通信タイミングは、図１１に示すように、時刻ｔ１に主コントローラ６０４が指令値の生成を完了した後、時刻ｔ２からｔ３にかけてサブコントローラ６０３ａに対して位置指令値を送信する。その後、順次時刻ｔ４からｔ５にかけてはサブコントローラ６０３ｂ、時刻ｔ６からｔ７にかけてはサブコントローラ６０３ｃに対して位置指令値を送信する。このとき、あるサブコントローラに対して送信しているデータは、他のサブコントローラでも同時に受信される。送信データには、位置指令値データに加えて、データ送信先がサブコントローラ６０３ａ〜６０３ｃのいずれであるかを示すアドレスデータが含まれており、サブコントローラ６０３ａ〜６０３ｃは受信したデータのアドレスデータが自分のアドレスに一致する場合のみ、同時に受信した位置指令値データを有効とし、アクチュエータ６０１の位置が前記位置指令値に一致するように位置検出器６０２の情報を用いてサーボ制御を行う。
【０００６】
各サブコントローラ６０３の同期を取る方法の一例について、図１２に基づいて説明する。まず、ステップＳ８０１でサブコントローラ６０３が主コントローラ６０４からの送信データを受信すると、ステップＳ８０２で自己への指令値が受信データの中に含まれているかどうかをチェックする。自己への指令値が含まれている場合、ステップＳ８０３に進んで、その指令値を仮の指令値として保存する。次にステップＳ８０４で受信データにはどのサブコントローラへの指令値が含まれているか記録する。そして、ステップＳ８０５で全てのサブコントローラへの指令値が送信されたかどうかをチェックする。全てのサブコントローラへの送信が完了していることが検出された場合、ステップＳ８０６で仮の指令値として保存しておいた指令値を、正規の指令値として有効とし、ステップＳ８０７でその指令値でサーボ制御を開始する。ステップＳ８０５で全てのサブコントローラへの送信が完了していることが検出されない場合は、ステップＳ８０１に戻って再び送信データが送られてくるのを待つ。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１９９８５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、全てのサブコントローラの位置指令値を受信しないと指令値が有効にならないので、必然的に全アクチュエータの位置指令値更新周期が遅くなるという問題点があった。図１３はサブコントローラを６０３ａ〜６０３ｆの６個に増やした場合の通信タイミングを示す図である。一つのサブコントローラとの通信に要する時間をΔｔとすると、サブコントローラ６個からなるシステムの場合、全アクチュエータの位置指令の更新周期は６×Δｔになる。複数台のマニピュレータや、あるいは多脚式の歩行機構など、多数のアクチュエータを有するシステムを従来例のようなシリアルネットワーク型通信装置によって制御しようとした場合、サブコントローラ数ｎが増えるほど位置指令値更新周期はｎ×Δｔと遅くなり、その結果高速動作が不安定になったり動作精度が低下するなど、実用的でなくなるという問題点があった。
【０００９】
一方で、上記のような多数のアクチュエータを有するシステムでも、全てのアクチュエータに高速な位置指令値更新周期が必要なわけではない。位置サーボループに関してはサブコントローラレベルで確保されているので、例えば複数台のマニピュレータが協調制御している場合、停止している軸に関しては位置指令値の更新周期は遅くても良く、逆に高速運転する軸の更新周期は速くする必要がある。またアクチュエータ先端の力センサを用いてインピーダンス制御を軸ごとに行うような場合、インピーダンス制御に関与する方向の軸に関しては更新周期を速くする必要があるが、それ以外の軸に関しては更新周期は遅くても良い。このように、全ての軸に同じ周期で位置指令値を与えるのではなく、必要に応じて軸ごとに周期を変動させることで、多軸構成においても必要充分な高速性・動作精度が確保できると考えられる。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたものであり、サブコントローラに対する指令値更新周期を自由に設定あるいは変更でき、多数のアクチュエータを有するシステムでも必要充分な高速性・動作精度が確保できるとともに、同一の指令更新周期を有する軸同士に関しては同期を取ることができるロボット制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明のロボット制御装置は、アクチュエータと、前記アクチュエータの位置、速度等の状態を検出する検出手段と、前記検出手段で検出した値をもとに前記アクチュエータを制御するサブコントローラとからなるユニットを複数台有し、かつ前記アクチュエータに対する指令値を生成する主コントローラを有するとともに、前記主コントローラと前記サブコントローラとが、シリアルネットワーク型通信路で接続されたロボット制御装置において、前記主コントローラは、前記サブコントローラへの指令値の送信順序を変更することにより指令値更新周期を制御する、指令値更新周期制御手段を備えたことを特徴とするものである。
第１の発明のロボット制御装置においては、指令値更新周期制御手段により、高速あるいは高精度を要するアクチュエータに関しては指令値更新周期を短く、低速あるいは低精度でよいアクチュエータに関しては指令値更新周期を長くすることにより、真に高速動作や精度が必要なアクチュエータに対して、ネットワーク資源を集中的に配分することができるので、多数のアクチュエータを有するシステムでも最低限の軸に関して高速性と精度を確保できる。
【００１２】
第２の発明のロボット制御装置は、前記主コントローラは、操作者があらかじめ全アクチュエータに関して前記指令値更新周期を設定可能な指令値更新周期手動設定手段を備えたことを特徴とするものである。
第２の発明のロボット制御装置においては、操作者が指令値更新周期手動設定手段から各軸の指令値更新周期を手動で設定することにより、操作者の意図やノウハウを反映して、より効率的にネットワーク資源を配分することができる。
【００１３】
第３の発明のロボット制御装置は、前記主コントローラは、全アクチュエータの目標軌道から自動的に前記指令値更新周期を設定可能な指令値更新周期自動設定手段を備えたことを特徴とするものである。
第３の発明のロボット制御装置においては、指令値更新周期自動設定手段がアクチュエータ各軸の目標軌道をもとに、軌道の変化量が大きい軸には高速動作が必要であるから指令値更新周期を短く、また軌道の変化量が小さい軸には低速動作でよいので指令値更新周期を長くするように自動的に設定するので、操作者が事前に設定することなく自動的に最適なネットワーク資源の配分が行われ、操作者の手間が少なく操作性に優れる。
【００１４】
第４の発明のロボット制御装置は、前記サブコントローラは、前記主コントローラから指令値を受信する時間間隔を測定し、前記時間間隔に応じて前記アクチュエータの制御パラメータを修正する制御パラメータ修正部を備えたことを特徴とするものである。
第４の発明のロボット制御装置においては、送信側からの送信時間情報ではなく受信側で計測した受信時間情報に基づいてゲイン等のパラメータを修正することにより、通信時間遅れが発生しても、最適にパラメータを調整することができる。
【００１５】
第５の発明のロボット制御装置は、前記主コントローラは、前記サブコントローラを指令値更新周期に応じてグループ分けするコマンドをあらかじめ送信するとともに、前記サブコントローラは、自己と同じ通信周期のグループのサブコントローラに全て指令が送信されたことを確認したうえで、受信した指令値を有効にする指令同期部を備えたことを特徴とするものである。
第５の発明のロボット制御装置においては、異なる指令値更新周期のサブコントローラが混在する状況であっても、指令値更新周期の同じサブコントローラ毎に同期を取ることにより、動作精度を確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図５に基づいて具体的に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態における基本構成を示す図である。
図１において、本実施の形態に係るロボット制御装置は、各マニピュレータ毎にアクチュエータ１０１ａ〜１０１ｃと、アクチュエータ１０１ａ〜１０１ｃの位置速度等の状態を検出する位置検出器１０２ａ〜１０２ｃと、位置検出器１０２ａ〜１０２ｃから検出した値をもとにアクチュエータ１０１ａ〜１０１ｃを制御するサブコントローラ１０３ａ〜１０３ｃとを備えており、アクチュエータ１０１、位置検出器１０２およびサブコントローラ１０３の要素からなるユニットが複数連結されてマニピュレータを構成している。図１ではユニットが３個の場合を示しているが、複数であれば何個でもよい。各サブコントローラ１０３ａ〜１０３ｃは、シリアルネットワーク型通信路１０５を介して主コントローラ１０４に接続されている。主コントローラ１０４はマニピュレータ外部あるいは基部に設置され、各アクチュエータ１０１に対する位置指令値を生成する。主コントローラ１０４には、指令値更新周期制御手段１０６が装備されており、主コントローラ１０４は、アクチュエータ１０１ａ〜１０１ｃが取るべき位置指令値を計算し、シリアルネットワーク通信路１０５から各サブコントローラ１０３ａ〜１０３ｃに向けて、指令値更新周期制御手段１０６によって設定された順序に従って送信する。
【００１７】
図２は、本実施の形態における通信タイミングの一例を示す図である。ここでは、アクチュエータ１０３ａ〜１０３ｃのうち、１０３ａの位置指令値更新周期を短くする一方で、１０３ｂおよび１０３ｃの位置指令値更新周期を長くする例を示している。図２に示すように、時刻ｔ１に主コントローラ１０４が指令値の生成を完了した後、時刻ｔ２からｔ３にかけてサブコントローラ１０３ａに対して指令値を送信する。さらに時刻ｔ４からｔ５にかけてサブコントローラ１０３ｂに対して指令値を送信すると、サブコントローラ１０３ｃには指令値を送信せずに次の指令値を作成する。時刻ｔ６に次の指令値の生成を完了すると、時刻ｔ７からｔ８にかけてサブコントローラ１０３ａに対して指令値を送信し、さらに時刻ｔ９からｔ１０にかけて、今度はサブコントローラ１０３ｂに対しては指令値を送信せず、サブコントローラ１０３ｃに対して指令値を送信する。このように、位置指令値更新周期を短くしたいサブコントローラに関しては毎回指令値を送信し、それ以外に関しては交互に指令値を送信していく。
【００１８】
このとき、従来例と同様に、あるサブコントローラに対して送信しているデータは、他のサブコントローラでも同時に受信される。送信データには、位置指令値データに加えて、データ送信先がサブコントローラ１０３ａ〜１０３ｃのいずれであるかを示すアドレスデータが含まれており、サブコントローラ１０３は受信したデータのアドレスデータが自分のアドレスに一致する場合のみ、同時に受信した位置指令値データを有効とし、アクチュエータ１０１の位置が前記位置指令値に一致するように位置検出器１０２の情報を用いてサーボ制御を行う。ただし、近年のプロセッサ処理能力の向上により、主コントローラが位置指令値を計算する時間は、各サブコントローラとの通信時間に比べて無視できるほど小さくなっている。
【００１９】
図３はサブコントローラを１０３ａ〜１０３ｆの６個に増やした場合の通信タイミングを示す図である。ここでは、アクチュエータ１０３ａ〜１０３ｆのうち、１０３ａの位置指令値更新周期を短くする一方で、１０３ｂ〜１０３ｆの位置指令値更新周期を長くする例を示している。一つのサブコントローラとの通信に要する時間をΔｔとすると、本実施の形態によれば、アクチュエータ１０３ａに関しては位置指令値更新周期２×Δｔで制御が可能である。このため、図１３に示した従来例の位置指令値更新周期６×Δｔと比較して、より高速性と精度を確保できる。一方でアクチュエータ１０３ｂ〜１０３ｆに関しては、位置指令値更新周期１０×Δｔでの制御となる。更新周期を短くする軸の数は上記例に示した１つだけではなく、任意の数を選択できるが、短くする軸の数が多いほどその更新周期は遅くなる。
【００２０】
図４に、サブコントローラ６個（ａ〜ｆ）からなるシステムにおける、通信順序と各軸更新周期の組み合わせ例を示す。サブコントローラｎ個からなるシステムにおいて、更新周期の短い軸ｍ個と長い軸（ｎ−ｍ）個の２グループに分ける場合、
短いグループの更新周期は（ｍ＋１）×Δｔ、
長いグループの更新周期は（ｍ＋１）×（ｎ−ｍ）×Δｔ
で表すことができる。
以上示したように、本第１の実施の形態によれば、任意のサブコントローラへの通信順序を変更することによって、サブコントローラの指令値更新周期を変更することができる。
さらに、高速あるいは高精度を要するアクチュエータに関しては、指令値更新周期を短く、低速あるいは低精度でよいアクチュエータに関しては指令値更新周期を長くすることにより、真に高速動作や精度が必要なアクチュエータに対して、ネットワーク資源を集中的に配分することができるので、多数のアクチュエータを有するシステムでも必要最低限の軸に関して高速性と精度を確保できる。
【００２１】
＜第２の実施の形態＞
図５は本発明の第２の実施の形態における構成を示す図である。
図５において、前述の図１と同符号は相当部分を示しており、説明を省略する。図５では新たに、指令値更新周期手動設定手段１０７が備えられている。指令値更新周期手動設定手段１０７は、例えばマニピュレータの動作を教示するためのプログラミングペンダントであり、操作者は、プログラミングペンダントの画面上で、どの軸に関して指令値更新周期を短くし、またどの軸に関して長くするかをあらかじめ設定する。設定した更新周期の情報は指令値更新周期制御手段１０６に送信され、指令値更新周期制御手段１０６は該情報に基づいて、既に述べたような方法で指令値の送信順序を変更する。
これにより、操作者の意図やノウハウを反映して、より効率的にネットワーク資源を配分することができる。
【００２２】
＜第３の実施の形態＞
図６は本発明の第３の実施の形態における構成を示す図である。
図６において、前述の図１と同符号は相当部分を示しており、説明を省略する。図６では新たに、指令値更新周期自動設定手段１０８が備えられている。指令値更新周期自動設定手段１０８は、アクチュエータ各軸の目標軌道をもとに、軌道の変化量が大きい軸には高速動作が必要であるから指令値更新周期を短く、また軌道の変化量が小さい軸には低速動作でよいので指令値更新周期を長くするように自動的に設定する。設定した更新周期の情報は指令値更新周期制御手段１０６に送信され、指令値更新周期制御手段１０６は該情報に基づいて、既に述べたような方法で指令値の送信順序を変更する。
これにより、操作者が事前に設定することなく自動的に最適なネットワーク資源の配分が行われるので、操作者の手間が少なく操作性に優れるという利点がある。
さらに、第２の実施の形態における指令値更新周期手動設定手段１０７と、第３の実施の形態における指令値更新周期自動設定手段１０８が、同時に備えられていてもよい。この場合は、指令値更新周期手動設定手段１０７において更新周期の手動設定があった場合にはその設定を優先し、手動設定がなかった場合には指令値更新周期自動設定手段１０８によって自動的に更新周期を設定する。
【００２３】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
図１に示すサブコントローラ１０３において、位置指令更新周期が変化すると、アクチュエータ１０１と検出器１０２からなる制御ループにおいて、ゲイン等のパラメータを修正する必要が生じる。主コントローラ１０４から送信するデータの中に位置指令更新周期の時間情報を加えることでサブコントローラ１０３に通知する方法もあるが、通信遅れが発生した場合に、送信した時間情報が実際に受信している位置指令値の時間間隔に正確に一致しているという保証はない。
そこで、各サブコントローラ１０３に制御パラメータ修正部１０９を設ける。
図７は本発明の第４の実施の形態における構成を示す図である。
図７において、前述の図１と同符号は相当部分を示しており、説明を省略する。図７では新たに、各サブコントローラ１０３ａ〜１０３ｃに制御パラメータ修正部１０９ａ〜１０９ｃが備えられている。
制御パラメータ修正部１０９ａ〜１０９ｃは、主コントローラ１０４からの指令値を受信する時間間隔を計測し、計測結果に基づきゲイン等の制御ループパラメータを修正する。
これにより、通信時間遅れが発生しても、実際の受信時間間隔に即して最適にパラメータを調整することができる。
【００２４】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
これまで述べた第１〜第４の実施の形態では、各アクチュエータの同期については考慮していなかったが、従来例にも記載のとおり、マニピュレータ全体としての精度向上のためには、各サブコントローラ間で位置指令値の同期を取る必要がある。
そこで、本実施の形態では、各サブコントローラの同期を取るようにしたものである。
図８は本発明の第５の実施の形態における構成を示す図である。
図８において、前述の図１と同符号は相当部分を示しており、説明を省略する。図８では新たに、各サブコントローラ１０３ａ〜１０３ｃに指令同期部１１０ａ〜１１０ｃが備えられている。
指令同期部１１０は、シリアルネットワーク型通信路１０５上の指令を調査し、自己と同じ通信周期のグループのサブコントローラ１０３に全て指令が送信されたことを確認したうえで、受信した指令値を有効にする。
【００２５】
図９は、本実施の形態における指令同期部を用いた場合の、サブコントローラの受信フローチャートである。マニピュレータの起動時あるいは通信順序の変更時には、主コントローラ１０４はまず各サブコントローラ１０３に、所属する通信周期グループを通知する。ここでは簡単な例として、短い／長いの２グループのいずれかを通知することにする。
主コントローラ１０４から各サブコントローラ１０３に送られるデータには、グループ情報に加えて、データ送信先がサブコントローラ１０３のいずれであるかを示すアドレスデータが含まれている。サブコントローラ１０３はステップＳ５０１でこのデータを受信すると、ステップＳ５０２で上記サブコントローラ１０３のアドレスと通信周期グループの組を記憶する。ステップＳ５０３で全てのサブコントローラ１０３に関してデータを受信したと判断するまでこれを繰り返すことで、各サブコントローラ１０３は自分と同じ通信周期グループに属する他のサブコントローラ１０３のアドレスを把握することができる。続いて主コントローラ１０４は各サブコントローラ１０３に、指令値更新周期制御手段１０６で設定した通信順序に従って位置指令値を送信する。
【００２６】
ステップＳ５０４でサブコントローラ１０３が主コントローラ１０４からの送信データを受信すると、ステップＳ５０５で自己への指令値が受信データの中に含まれているかどうかをチェックする。自己への指令値が含まれている場合、ステップＳ５０６に進んで、その指令値を仮の指令値として保存する。次にステップＳ５０７で受信データにはどのサブコントローラ１０３への指令値が含まれているか記録する。そして、ステップＳ５０８で同じ通信周期グループに属する全てのサブコントローラ１０３への指令値が送信されたかどうかをチェックする。
【００２７】
同じ通信周期グループに属する全てのサブコントローラ１０３への送信が完了していることが検出された場合、ステップＳ５０９で仮の指令値として保存しておいた指令値を、正規の指令値として有効とし、ステップＳ５１０でその指令値でサーボ制御を開始する。ステップＳ５０８で同じ通信周期グループに属する全てのサブコントローラ１０３への送信が完了していることが検出されない場合は、ステップＳ５０４に戻って再び送信データが送られてくるのを待つ。
【００２８】
この第５の実施の形態によれば、異なる指令値更新周期のサブコントローラ１０３が混在する状況であっても、指令値更新周期の同じサブコントローラ１０３毎に同期を取ることができるので、動作精度を確保することができる。図４からもわかるように、本実施の形態においては位置指令更新周期の長い軸は短い軸の整数倍の周期になるので、マニピュレータ全体としてもほぼ問題なく同期を取ることができる。
【００２９】
これまで述べた実施の形態１〜５においては各サブコントローラへの指令値には位置指令を用いていたが、これが速度、電流あるいはトルクのうちいずれか一つあるいは複数であっても得られる効果は同じである。またシリアルネットワーク型通信路が無線伝送で構成されている場合にも同様に使用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
第１の発明のロボット制御装置によれば、指令値を送信するサブコントローラの通信の順序を変更可能とする指令値更新周期制御手段を備えたことにより、任意のサブコントローラへの通信の順序を変更することによって、サブコントローラの指令値更新周期を変更することができ、また、真に高速動作や精度が必要なアクチュエータに対して、ネットワーク資源を集中的に配分することができるので、多数のアクチュエータを有するシステムでも必要最低限の軸に関して高速性と精度を確保できる。
第２の発明のロボット制御装置によれば、指令値更新周期制御手段により、操作者があらかじめ全アクチュエータに関して設定した速度あるいは精度基づき指令値更新周期を決定できるようにしたので、操作者の意図やノウハウを反映して、より効率的にネットワーク資源を配分することができる。
第３の発明のロボット制御装置によれば、指令値更新周期制御手段に、指令値の変化量の大小に応じて指令値更新周期を自動的に変更する機能を備えたことにより、操作者が事前に設定する必要がないため、手間が少なく操作性に優れる。第４の発明のロボット制御装置によれば、主コントローラから指令値を受信する時間間隔を測定し、その時間間隔に応じてアクチュエータの制御パラメータを修正するようにしたことで、通信遅れ等を考慮し、より実際に即したパラメータ設定を行うことができる。
第５の発明のロボット制御装置によれば、サブコントローラが自己と同じ通信周期のグループのサブコントローラに全て指令が送信されたことを確認して指令値を有効にするので、異なる指令値更新周期のサブコントローラが混在する状況であっても、指令値更新周期の同じサブコントローラ毎に同期を取ることができるので、動作精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における通信タイミングを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における通信タイミングを示す別の図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における通信順序と更新周期の組み合わせを示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態の基本構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の基本構成を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態の基本構成を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態の基本構成を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態におけるサブコントローラの受信フローチャートである。
【図１０】従来例の基本構成を示す図である。
【図１１】従来例における通信タイミングを示す図である。
【図１２】従来例におけるサブコントローラの受信フローチャートである。
【図１３】従来例における通信タイミングを示す別の図である。
【符号の説明】
１０１ａ〜１０１ｃ アクチュエータ
１０２ａ〜１０２ｃ 位置検出器
１０３ａ〜１０３ｃ サブコントローラ
１０４ 主コントローラ
１０５ シリアルネットワーク型通信路
１０６ 指令値更新周期制御手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot control device having a plurality of links and a joint connecting the links, and a drive mechanism of the joint and a drive control device of the drive mechanism dispersedly arranged on each link. The present invention relates to a robot control device including a serial network communication device for transmitting a command value to a control device.
[0002]
[Prior art]
In a conventional industrial robot, an actuator and a position detector built in a manipulator are connected to separate controllers by independent wiring. In this case, there is a problem that as the number of actuators increases, the number of wirings increases, and the assemblability and reliability are poor. Therefore, the main controller that generates the position command value and the sub-controller that controls each actuator are connected by a serial network type communication path, and the sub-controller is placed near the actuator and the position detector inside the manipulator to reduce the number of wires There is proposed a robot device that reduces the number of scalability and makes the scalability rich.
[0003]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-19985 (Patent Literature 1) has a structure in which an actuator and a sub-controller for driving and controlling the actuator are built into a unit inside a link of a manipulator, and a plurality of the units are connected. 2. Description of the Related Art In a robot, a robot control device including a serial communication device for transmitting and receiving a position command value between a main controller disposed outside a manipulator or a base and a sub-controller disposed inside a link has been proposed.
Hereinafter, this conventional robot control device will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a diagram showing a basic configuration of the conventional robot control device, FIG. 11 is a diagram showing its communication timing, and FIG. 12 is a reception flowchart of the sub-controller.
[0004]
In FIG. 10, the robot control device includes, for each manipulator, actuators 601 a to 601 c, position detectors 602 a to 602 c for detecting states such as the position and speed of the actuators 601 a to 601 c, and values detected from the position detectors 602 a to 602 c. And sub-controllers 603a to 603c that control the actuators 601a to 601c based on the above. Each of the sub-controllers 603a to 603c is connected to the main controller 604 via a serial network communication path 605. The main controller 604 generates position command values for the actuators 601a to 601c. The main controller 604 calculates position command values to be taken simultaneously by the actuators 601a to 601c at a specific point in time, and outputs the sub-controllers 603a to 603c from the serial network communication path 605. Send to in order.
[0005]
As for the communication timing, as shown in FIG. 11, after the main controller 604 completes generation of the command value at time t1, the position command value is transmitted to the sub-controller 603a from time t2 to t3. Thereafter, the position command value is sequentially transmitted to the sub-controller 603b from time t4 to t5, and to the sub-controller 603c from time t6 to t7. At this time, data transmitted to a certain sub-controller is simultaneously received by another sub-controller. The transmission data includes, in addition to the position command value data, address data indicating which of the sub-controllers 603a to 603c the data transmission destination is. The sub-controllers 603a to 603c store the address data of the received data. Only when the address coincides with the own address, the position command value data received at the same time is validated, and the servo control is performed using the information of the position detector 602 so that the position of the actuator 601 coincides with the position command value.
[0006]
An example of a method for synchronizing the sub-controllers 603 will be described with reference to FIG. First, when the sub-controller 603 receives transmission data from the main controller 604 in step S801, it checks in step S802 whether a command value for itself is included in the received data. If a command value for itself is included, the process proceeds to step S803, and the command value is stored as a temporary command value. Next, in step S804, it is recorded which sub-controller command value is included in the received data. Then, in step S805, it is checked whether or not command values to all sub-controllers have been transmitted. If it is detected that transmission to all sub-controllers has been completed, the command value stored as the temporary command value in step S806 is validated as a normal command value, and the command value is stored in step S807. To start servo control. If it is not detected in step S805 that transmission to all sub-controllers has been completed, the process returns to step S801 and waits for transmission data to be transmitted again.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-8-19985
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional example, since the command values are not effective unless the position command values of all the sub-controllers are received, there has been a problem that the position command value update cycle of all the actuators is necessarily delayed. FIG. 13 is a diagram illustrating communication timing when the number of sub-controllers is increased to six, that is, 603a to 603f. Assuming that the time required for communication with one sub-controller is Δt, in the case of a system including six sub-controllers, the update cycle of the position commands of all actuators is 6 × Δt. When a system having a large number of actuators, such as a plurality of manipulators or a multi-legged walking mechanism, is controlled by a serial network communication device as in the conventional example, the position command value is updated as the number n of sub-controllers increases. The period becomes as slow as n × Δt, and as a result, there is a problem that the high-speed operation becomes unstable or the operation accuracy is reduced, which makes it impractical.
[0009]
On the other hand, even in a system having many actuators as described above, not all actuators need a high-speed position command value update cycle. Since the position servo loop is secured at the sub-controller level, for example, when multiple manipulators perform cooperative control, the update cycle of the position command value may be slow for a stopped axis, and conversely high The update cycle of the driven axis needs to be fast. In addition, when impedance control is performed for each axis using a force sensor at the tip of the actuator, the update cycle needs to be faster for axes in the direction related to impedance control, but the update cycle is slower for other axes. May be. As described above, the position command value is not given to all axes in the same cycle, but the cycle is varied for each axis as needed, so that a sufficient and sufficient high-speed operation and operation accuracy can be secured even in a multi-axis configuration. it is conceivable that.
[0010]
The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and can freely set or change a command value update cycle for a sub-controller. It is an object of the present invention to provide a robot control device that can ensure operation accuracy and can synchronize axes having the same command update cycle.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A robot control device according to a first aspect of the present invention includes an actuator, a detection unit that detects a state of the actuator, such as a position and a speed, and a subcontroller that controls the actuator based on a value detected by the detection unit. A robot controller having a plurality of units, and having a main controller that generates a command value for the actuator, wherein the main controller and the sub-controller are connected by a serial network communication path, wherein the main controller is A command value update cycle control means for controlling a command value update cycle by changing a transmission order of the command values to the sub-controller.
In the robot control device according to the first aspect of the invention, the command value update cycle control means shortens the command value update cycle for actuators requiring high speed or high accuracy, and increases the command value update cycle for actuators requiring low speed or low accuracy. By doing so, network resources can be centrally allocated to actuators that require truly high-speed operation and accuracy, so that even systems with many actuators can ensure high speed and accuracy with respect to the minimum number of axes .
[0012]
A robot controller according to a second aspect of the present invention is characterized in that the main controller includes a command value update cycle manual setting unit that allows an operator to set the command value update cycle for all actuators in advance.
In the robot control device according to the second aspect of the present invention, the operator manually sets the command value update cycle of each axis from the command value update cycle manual setting means, thereby reflecting the operator's intention and know-how to achieve more efficient operation. Network resources can be allocated efficiently.
[0013]
A robot controller according to a third aspect of the present invention is characterized in that the main controller includes command value update cycle automatic setting means capable of automatically setting the command value update cycle from target trajectories of all actuators. is there.
In the robot control device according to the third aspect of the present invention, the command value update cycle automatic setting means requires a high-speed operation for the axis whose trajectory change amount is large based on the target trajectory of each axis of the actuator. Is short, and low-speed operation is sufficient for axes with small trajectory changes, so the command value update cycle is automatically set to be long, so the optimal network resources are automatically set automatically without the operator setting in advance. Is distributed, and the operator is less troublesome and is excellent in operability.
[0014]
A robot controller according to a fourth aspect of the present invention is the robot controller, wherein the sub-controller includes a control parameter correction unit that measures a time interval for receiving a command value from the main controller, and corrects a control parameter of the actuator according to the time interval. It is characterized by having.
In the robot control device according to the fourth aspect of the present invention, by correcting parameters such as gain based on reception time information measured on the reception side instead of transmission time information from the transmission side, even if a communication time delay occurs, The parameters can be adjusted optimally.
[0015]
In a robot control device according to a fifth aspect of the present invention, the main controller transmits in advance a command for grouping the sub-controllers in accordance with a command value update cycle, and the sub-controller is a sub-controller of a group having the same communication cycle as its own. After confirming that all commands have been transmitted to the controller, a command synchronizing unit for validating the received command value is provided.
In the robot control device according to the fifth aspect of the present invention, even in a situation where sub-controllers having different command value update periods coexist, the operation accuracy is ensured by synchronizing each sub-controller having the same command value update period. Can be.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 5.
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a robot control device according to the present embodiment includes, for each manipulator, actuators 101a to 101c, position detectors 102a to 102c for detecting states such as the position and speed of the actuators 101a to 101c, and a position detector 102a. And sub-controllers 103a to 103c for controlling the actuators 101a to 101c based on the values detected from the actuators 101 to 102c. A plurality of units including the elements of the actuator 101, the position detector 102, and the sub-controller 103 are connected to each other, Is composed. FIG. 1 shows a case where the number of units is three, but any number may be used as long as the number is plural. Each of the sub-controllers 103a to 103c is connected to the main controller 104 via a serial network communication path 105. The main controller 104 is installed outside or at the base of the manipulator, and generates a position command value for each actuator 101. The main controller 104 is provided with a command value update cycle control means 106. The main controller 104 calculates a position command value to be taken by the actuators 101a to 101c, and outputs the position command value from the serial network communication path 105 to each of the sub controllers 103a to 103c. Are transmitted in the order set by the command value update cycle control means 106.
[0017]
FIG. 2 is a diagram showing an example of communication timing in the present embodiment. Here, an example is shown in which the position command value update cycle of the actuators 103a to 103c is shortened while the position command value update cycle of the actuators 103b and 103c is lengthened. As shown in FIG. 2, after the main controller 104 completes generation of the command value at time t1, the command value is transmitted to the sub-controller 103a from time t2 to time t3. Further, when the command value is transmitted to the sub-controller 103b from the time t4 to the time t5, the next command value is created without transmitting the command value to the sub-controller 103c. When the generation of the next command value is completed at time t6, the command value is transmitted to the sub-controller 103a from time t7 to t8, and further, the command value is transmitted to the sub-controller 103b from time t9 to t10. Instead, the command value is transmitted to the sub-controller 103c. As described above, the command value is transmitted every time for the sub-controller whose position command value update cycle is to be shortened, and the command value is transmitted alternately for the other sub-controllers.
[0018]
At this time, similarly to the conventional example, data transmitted to a certain sub-controller is simultaneously received by another sub-controller. The transmission data includes, in addition to the position command value data, address data indicating which of the sub-controllers 103a to 103c the data transmission destination is. The sub-controller 103 stores the address data of the received data in its own. Only when the address coincides with the address, the simultaneously received position command value data is validated, and servo control is performed using the information of the position detector 102 so that the position of the actuator 101 matches the position command value. However, due to recent improvements in processor processing capability, the time required for the main controller to calculate the position command value has become negligibly short compared to the communication time with each sub-controller.
[0019]
FIG. 3 is a diagram showing communication timing when the number of sub-controllers is increased to six 103a to 103f. Here, an example is shown in which the position command value update cycle of the actuators 103a to 103f is shortened while the position command value update cycle of the actuators 103b to 103f is lengthened. Assuming that the time required for communication with one sub-controller is Δt, according to the present embodiment, the actuator 103a can be controlled at a position command value update cycle of 2 × Δt. Therefore, as compared with the position command value update cycle 6 × Δt of the conventional example shown in FIG. 13, higher speed and accuracy can be secured. On the other hand, for the actuators 103b to 103f, the control is performed at the position command value update cycle 10 × Δt. The number of axes for which the update cycle is shortened is not limited to one shown in the above example, and an arbitrary number can be selected. However, the update cycle becomes slow as the number of axes to be shortened increases.
[0020]
FIG. 4 shows a combination example of the communication order and each axis update cycle in a system including six sub-controllers (a to f). In a system composed of n sub-controllers, when the update cycle is divided into two groups, m short axes and long axes (nm),
The update cycle of the short group is (m + 1) × Δt,
The update cycle of the long group is (m + 1) × (nm) × Δt
Can be represented by
As described above, according to the first embodiment, the command value update cycle of the sub-controller can be changed by changing the order of communication to an arbitrary sub-controller.
Furthermore, by shortening the command value update cycle for actuators that require high speed or high accuracy, and by increasing the command value update cycle for actuators that require low speed or low accuracy, actuators that require truly high-speed operation and accuracy are required. As a result, the network resources can be centrally distributed, so that even in a system having a large number of actuators, high speed and accuracy can be ensured for the minimum necessary axes.
[0021]
<Second embodiment>
FIG. 5 is a diagram showing a configuration according to the second embodiment of the present invention.
5, the same reference numerals as those in FIG. 1 described above denote corresponding parts, and a description thereof will be omitted. In FIG. 5, a command value update cycle manual setting means 107 is newly provided. The command value update cycle manual setting means 107 is, for example, a programming pendant for teaching the operation of the manipulator. The operator can shorten the command value update cycle for any axis on the screen of the programming pendant, and Set in advance whether to lengthen. The set update cycle information is transmitted to the command value update cycle control means 106, and the command value update cycle control means 106 changes the transmission order of the command values based on the information by the method described above.
As a result, network resources can be more efficiently distributed reflecting the intention and know-how of the operator.
[0022]
<Third embodiment>
FIG. 6 is a diagram showing a configuration according to the third embodiment of the present invention.
6, the same reference numerals as those in FIG. 1 described above denote corresponding parts, and a description thereof will be omitted. In FIG. 6, a command value update cycle automatic setting means 108 is newly provided. The command value update cycle automatic setting means 108 sets the command value update cycle short based on the target trajectory of each axis of the actuator because high-speed operation is required for the axis having a large change amount of the trajectory. Since a low speed operation is sufficient for a small axis, the command value update cycle is automatically set to be long. The set update cycle information is transmitted to the command value update cycle control means 106, and the command value update cycle control means 106 changes the transmission order of the command values based on the information by the method described above.
As a result, optimal network resources are automatically distributed without the operator having to set in advance, so that there is an advantage that the operator is less troublesome and the operability is excellent.
Further, the command value update cycle manual setting means 107 in the second embodiment and the command value update cycle automatic setting means 108 in the third embodiment may be provided at the same time. In this case, if there is a manual setting of the update cycle in the command value update cycle manual setting means 107, the setting is prioritized, and if there is no manual setting, the command value update cycle automatic setting means 108 automatically sets it. Set the update cycle.
[0023]
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
In the sub-controller 103 shown in FIG. 1, when the position command update cycle changes, it becomes necessary to correct parameters such as gain in a control loop including the actuator 101 and the detector 102. There is also a method of notifying the sub-controller 103 by adding the time information of the position command update cycle to the data transmitted from the main controller 104. However, when a communication delay occurs, the transmitted time information is actually received. There is no guarantee that the position command value exactly matches the time interval.
Therefore, a control parameter correction unit 109 is provided in each sub-controller 103.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration according to the fourth embodiment of the present invention.
7, the same reference numerals as those in FIG. 1 described above denote corresponding parts, and a description thereof will be omitted. In FIG. 7, each of the sub-controllers 103a to 103c is newly provided with control parameter correction units 109a to 109c.
The control parameter correction units 109a to 109c measure a time interval for receiving a command value from the main controller 104, and correct a control loop parameter such as a gain based on the measurement result.
Thereby, even if a communication time delay occurs, the parameters can be optimally adjusted in accordance with the actual reception time interval.
[0024]
<Fifth embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
In the first to fourth embodiments described above, synchronization of each actuator was not considered, but as described in the conventional example, in order to improve the accuracy of the entire manipulator, each sub controller It is necessary to synchronize the position command values between them.
Therefore, in the present embodiment, the synchronization of each sub-controller is performed.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration according to the fifth embodiment of the present invention.
In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 1 described above denote corresponding parts, and a description thereof will be omitted. In FIG. 8, each of the sub-controllers 103a to 103c is newly provided with a command synchronization unit 110a to 110c.
The command synchronizer 110 examines the command on the serial network communication path 105, confirms that all commands have been transmitted to the sub-controllers 103 in the same communication cycle as the group, and validates the received command value. To
[0025]
FIG. 9 is a reception flowchart of the sub-controller when the command synchronization unit according to the present embodiment is used. When the manipulator is activated or the communication order is changed, the main controller 104 first notifies each sub-controller 103 of the belonging communication cycle group. Here, as a simple example, one of two short / long groups is notified.
The data sent from the main controller 104 to each sub-controller 103 includes, in addition to the group information, address data indicating which of the sub-controllers 103 the data transmission destination is. Upon receiving this data in step S501, the sub-controller 103 stores a set of the address of the sub-controller 103 and a communication cycle group in step S502. By repeating this until it is determined in step S503 that data has been received for all the sub-controllers 103, each sub-controller 103 can grasp the addresses of other sub-controllers 103 belonging to the same communication cycle group as itself. Subsequently, the main controller 104 transmits the position command value to each sub-controller 103 in accordance with the communication order set by the command value update cycle control means 106.
[0026]
When the sub-controller 103 receives the transmission data from the main controller 104 in step S504, the sub-controller 103 checks in step S505 whether a command value for itself is included in the reception data. If a command value for the self is included, the process proceeds to step S506, and the command value is stored as a temporary command value. Next, in step S507, it is recorded which sub-controller 103 includes the command value in the received data. Then, in step S508, it is checked whether or not command values have been transmitted to all sub-controllers 103 belonging to the same communication cycle group.
[0027]
If it is detected that the transmission to all the sub-controllers 103 belonging to the same communication cycle group is completed, the command value stored as the temporary command value in step S509 is validated as a normal command value. Then, in step S510, the servo control is started with the command value. If it is not detected in step S508 that transmission to all the sub-controllers 103 belonging to the same communication cycle group is completed, the process returns to step S504 and waits for transmission data to be transmitted again.
[0028]
According to the fifth embodiment, even in a situation where sub-controllers 103 having different command value update periods coexist, synchronization can be obtained for each sub-controller 103 having the same command value update period, so that the operation accuracy is improved. Can be secured. As can be seen from FIG. 4, in the present embodiment, the axis whose position command update cycle is long has an integral multiple of the cycle of the short axis, so that the manipulator as a whole can be synchronized almost without any problem.
[0029]
In the first to fifth embodiments described above, the position command is used as the command value to each sub-controller. However, the effect obtained even if this is one or more of speed, current, and torque is obtained. Is the same. Further, the present invention can be similarly used when the serial network communication path is configured by wireless transmission.
[0030]
【The invention's effect】
According to the robot control device of the first invention, by providing the command value update cycle control means that can change the communication order of the sub-controller that transmits the command value, the communication order to any sub-controller can be changed. By changing it, the command value update cycle of the sub-controller can be changed, and network resources can be intensively allocated to actuators that require truly high-speed operation and accuracy. Even with a system having an actuator, high speed and accuracy can be ensured for the minimum required axes.
According to the robot control device of the second invention, the command value update cycle control means allows the operator to determine the command value update cycle based on the speed or accuracy set in advance for all actuators. The network resources can be more efficiently allocated by reflecting the know-how.
According to the robot control device of the third invention, the command value update cycle control means has a function of automatically changing the command value update cycle according to the magnitude of the change amount of the command value, so that the operator can Since there is no need to set in advance, the operation is less and the operability is excellent. According to the robot control device of the fourth aspect, the time interval for receiving the command value from the main controller is measured, and the control parameters of the actuator are corrected according to the time interval. In addition, it is possible to set parameters that are more practical.
According to the robot controller of the fifth aspect, the sub-controller confirms that all commands have been transmitted to the sub-controllers of the group having the same communication cycle as the self-controller and validates the command value. Can be synchronized for each sub-controller having the same command value update cycle even in a situation where the sub-controllers are mixed, the operation accuracy can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating communication timing according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is another diagram showing communication timing in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a combination of a communication order and an update cycle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a basic configuration of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a basic configuration of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a reception flowchart of a sub-controller according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a basic configuration of a conventional example.
FIG. 11 is a diagram showing communication timing in a conventional example.
FIG. 12 is a reception flowchart of a sub-controller in a conventional example.
FIG. 13 is another diagram showing communication timing in the conventional example.
[Explanation of symbols]
101a to 101c actuator
102a-102c Position detector
103a to 103c sub-controller
104 Main controller
105 Serial network communication path
106 Command value update cycle control means
