JP2018153882A - コントロールシステム、コントローラ及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに応答性の異なる複数の制御対象同士の動作タイミングのずれを小さくするのに有効なコントロールシステムを提供する。【解決手段】コントロールシステム１は、第一コントローラ１００と、第二コントローラ２００と、第三コントローラ３００とを備える。第三コントローラ３００は、第一通信部３２０と、第二通信部３３０と、第一制御対象を動作させる第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力することと、第二制御対象を動作させる第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力することと、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、同期制御モードの期間の少なくとも一部において、通常制御モードに比較して第二ゲインを低下させる指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力することと、を実行するように構成された制御処理部３４０と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、コントロールシステム、コントローラ及び制御方法に関する。

特許文献１には、第１軸の運転モードが、通常運転モードであるか、第１軸と他軸の位置同期をとる位置同期運転モードであるかを判断し、位置同期運転モードであると判断したとき、他軸に出力する位置指令に対し第１軸と他軸の伝達関数モデルを挿入する制御方法が開示されている。

特開平０７−７２９１１号公報

本開示は、互いに応答性の異なる複数の制御対象同士の動作タイミングのずれを小さくするのに有効なコントロールシステム、コントローラ及び制御方法を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係るコントロールシステムは、第一制御対象を第一ゲインにて制御する第一コントローラと、第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象を第二ゲインにて制御する第二コントローラと、第一コントローラを介して第一制御対象を動作させ、第二コントローラを介して第二制御対象を動作させる第三コントローラとを備え、第三コントローラは、第一コントローラとの間で情報の入出力を行う第一通信部と、第二コントローラとの間で情報の入出力を行う第二通信部と、第一制御対象を動作させる第一動作指令を第一通信部により第一コントローラに出力することと、第二制御対象を動作させる第二動作指令を第二通信部により第二コントローラに出力することと、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、同期制御モードの期間の少なくとも一部において、通常制御モードに比較して第二ゲインを低下させる指令を第二通信部により第二コントローラに出力することと、を実行するように構成された制御処理部と、を有する。

本開示の他の側面に係るコントローラは、第一制御対象を第一ゲインにて制御する第一コントローラとの間で情報の入出力を行う第一通信部と、第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象を第二ゲインにて制御する第二コントローラとの間で情報の入出力を行う第二通信部と、第一制御対象を動作させる第一動作指令を第一通信部により第一コントローラに出力することと、第二制御対象を動作させる第二動作指令を第二通信部により第二コントローラに出力することと、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、同期制御モードの期間の少なくとも一部において、通常制御モードに比較して第二ゲインを低下させる指令を第二通信部により第二コントローラに出力することと、を実行するように構成された制御処理部と、を備える。

本開示の他の側面に係る制御方法は、第一制御対象を第一ゲインにて制御する第一コントローラを介して第一制御対象を動作させ、第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象を第二ゲインにて制御する第二コントローラを介して第二制御対象を動作させる第三コントローラにより、第一制御対象を動作させる第一動作指令を第一コントローラに出力することと、第二制御対象を動作させる第二動作指令を第二コントローラに出力することと、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、同期制御モードの期間の少なくとも一部において、通常制御モードに比較して第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラに出力することと、を含む。

本開示によれば、互いに応答性の異なる複数の制御対象同士の動作タイミングのずれを小さくするのに有効なコントロールシステム、コントローラ及び制御方法を提供することができる。

コントロールシステムの機能的な構成を示すブロック図である。 コントロールシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。 通常制御モードにおける第三コントローラの制御手順を示すフローチャートである。 第一移行処理手順を示すフローチャートである。 同期制御モードにおける第三コントローラの制御手順を示すフローチャートである。 第二移行処理手順を示すフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔コントロールシステム〕
本実施形態に係るコントロールシステム１は、互いに応答性の異なる複数種類の制御対象を必要に応じて同期させながら制御するものである。図１に示すように、複数の制御対象は、第一制御対象と、第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象とを含む。

第一制御対象及び第二制御対象は、第二制御対象の応答性が第一制御対象の応答性に比較して高いという条件を満たす限りいかなるものであってもよい。応答性とは、目標値に追従する速さを意味する。例えば、第一制御対象は多軸ロボット１０であり、第二制御対象は多軸ロボット１０の作業対象であるワークＷを保持して移動させる周辺装置２０である。

多軸ロボット１０は、例えばシリアルリンク型の垂直多関節ロボットであり、複数（例えば６軸）の関節軸Ｊ１〜Ｊ６と、関節軸Ｊ１〜Ｊ６をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータ１１〜１６とを有する。

周辺装置２０は、例えばサーボモータ２１を有し、これを動力源として動作する。図１では、一つのサーボモータ２１のみを描いているが、周辺装置２０は複数のサーボモータ２１を有していていもよい。例えば、周辺装置２０は、ワークＷを保持するターンテーブルと、ターンテーブルを移動させる直動軸とを有し、ターンテーブル及び直動軸をそれぞれ駆動する二つのサーボモータ２１を有してもよい。

コントロールシステム１は、例えば、多軸ロボット１０から離れた所定の受け渡し場所にてワークＷをターンテーブル上に保持するように周辺装置２０を制御する。次に、第一コントローラ１００は、直動軸を駆動して多軸ロボット１０の作業範囲までターンテーブルを移動させるように周辺装置２０を制御し、ワークＷに作業を行うように多軸ロボット１０を制御する。多軸ロボット１０によるワークＷへの作業としては、アーク溶接、組立て等が挙げられる。この際に、コントロールシステム１は、多軸ロボット１０の作業と協調してターンテーブル及び直動軸の少なくとも一方を駆動してワークの位置・姿勢を調節するように周辺装置２０を制御する。多軸ロボット１０による作業が完了すると、コントロールシステム１は、再び直動軸を駆動してターンテーブルを受け渡し場所に戻し、作業済みワークＷの代わりに新しい作業対象のワークをターンテーブル上に保持するように周辺装置２０を制御する。以後、コントロールシステム１は上記の一連の制御を繰り返す。

ここで、一般的に、慣性が小さく剛性が高い制御対象ほど応答性を高くすることができる。本実施形態の例では、周辺装置２０はその動作が多軸ロボット１０に比べて単純であり、慣性が小さく剛性が高い構造を採用できるため多軸ロボット１０よりも応答性を高くできる。このため、応答遅れを無視して多軸ロボット１０及び周辺装置２０を制御すると、多軸ロボット１０及び周辺装置２０の動作タイミングにずれが生じることとなる。

そこで、コントロールシステム１は、通常制御モード及び同期制御モードを切り替える。同期制御モードは、通常制御モードに比較して、多軸ロボット１０及び周辺装置２０の動作タイミングのずれを縮小させる制御モードである。例えばコントロールシステム１は、多軸ロボット１０の作業と協調してワークの位置・姿勢を調節するように周辺装置２０を制御する際に、制御モードを同期制御モードにし、多軸ロボット１０の作業範囲へのワークＷの搬入・搬出を行うように周辺装置２０を制御する際には同期制御モードを通常制御モードにする。

以下、コントロールシステム１の具体的な構成を説明する。コントロールシステム１は、コントロールシステム１は、第一制御対象を第一ゲインにて制御する第一コントローラ１００と、第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象を第二ゲインにて制御する第二コントローラ２００と、第一コントローラ１００を介して前記第一制御対象を動作させ、第二コントローラ２００を介して第二制御対象を動作させる第三コントローラ３００とを備える。

第一ゲインとは、第一動作指令に対する第一制御対象の応答性を調節する数値であり、第一ゲインが高くなるのに応じて第一制御対象の応答性が高くなる。第二ゲインとは、第二動作指令に対する第二制御対象の応答性を調節する数値であり、第二ゲインが高くなるのに応じて第二制御対象の応答性が高くなる。応答性とは、目標値に追従する速さを意味する。第一ゲイン及び第二ゲインの具体例としては、比例制御における比例ゲインが挙げられる。

第三コントローラ３００は、例えばマシンコントローラであり、所定の制御周期で第一コントローラ１００及び第二コントローラ２００に動作指令（例えば位置制御の目標値）を出力する。第三コントローラ３００は、機能的な構成（以下、「機能モジュール」という。）として、モーション記憶部３１０と、第一通信部３２０と、第二通信部３３０と、制御処理部３４０とを有する。

モーション記憶部３１０は、多軸ロボット１０及び周辺装置２０の動作内容を規定する情報（以下、「モーション情報」という。）を記憶する。モーション情報は、例えば多軸ロボット１０及び周辺装置２０に出力すべき動作指令を時系列で並べたリストと、通常制御モードから同期制御モードへの切替開始位置に相当する動作指令に付されたフラグ（以下、「第一フラグ」という。）と、通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置に相当する動作指令に付されたフラグ（以下、「第二フラグ」という。）と、同期制御モードから通常制御モードへの切替開始位置に相当する動作指令に付されたフラグ（以下、「第三フラグ」という。）とを含む。

第一通信部３２０は、第一コントローラ１００との間で情報の入出力を行う。第二通信部３３０は、第二コントローラ２００との間で情報の入出力を行う。

制御処理部３４０は、多軸ロボット１０を動作させる第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力することと、周辺装置２０を動作させる第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力することと、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、同期制御モードの期間の少なくとも一部において、通常制御モードに比較して第二ゲインを低下させる指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力することと、を実行するように構成されている。

制御処理部３４０は、多軸ロボット１０の現在位置に関する情報を第一通信部３２０により第一コントローラ１００から取得することと、周辺装置２０の現在位置に関する情報を第二通信部３３０により第二コントローラ２００から取得することと、を更に実行するように構成され、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることは、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置の両方が切替条件を満たした状態にて通常制御モードを同期制御モードに切り替えることを含み、同期制御モードの期間の少なくとも一部において、通常制御モードに比較して第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することは、通常制御モードが同期制御モードに切り替わるのに同期して第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することを含んでもよい。

通常制御モードが同期制御モードに切り替わるのに同期して第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することは、多軸ロボット１０の現在位置が、上記切替条件を満たす位置に近付くのに応じて第二ゲインを徐々に低下させる指令を第二コントローラ２００に出力し、多軸ロボット１０の現在位置が切替条件を満たす位置に到達した時又は到達する前に第二ゲインを低下させる指令の出力を完了させることを含んでもよい。

制御処理部３４０は、第一ゲインを示す情報を第一通信部３２０により第一コントローラ１００から取得することと、第一ゲインの値に基づいて、第二ゲインの低下の程度を定めることと、を更に実行するように構成され、第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することは、上記低下の程度にて第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することを含んでもよい。

例えば制御処理部３４０は、より細分化された機能モジュールとして、指令生成部３４１と、第一動作指令出力部３４２と、第二動作指令出力部３４３と、位置情報取得部３４４と、モード切替部３４５と、ゲイン情報取得部３４６と、ゲイン調節部３４７とを有する。

指令生成部３４１は、モーション記憶部３１０に記憶されたモーション情報に基づいて、制御周期ごとに上記第一動作指令及び第二動作指令を生成する。第一動作指令は、例えば多軸ロボット１０の先端部の位置・姿勢目標値を定める数値データである。第二動作指令は、例えば周辺装置２０のサーボモータ２１の角度目標値を定める数値データである。

第一動作指令出力部３４２は、第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力する。第二動作指令出力部３４３は、第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。

位置情報取得部３４４は、多軸ロボット１０の現在位置に関する情報を第一通信部３２０により第一コントローラ１００から取得し、周辺装置２０の現在位置に関する情報を第二通信部３３０により第二コントローラ２００から取得する。なお、現在位置とは、現在位置を特定するための情報（例えば関節軸Ｊ１〜Ｊ６及びサーボモータ２１の現在の角度）のセンシングが実行された時点の位置を意味する。

モード切替部３４５は、通常制御モードと同期制御モードとを切り替える。例えばモード切替部３４５は、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置の両方が通常制御モードから同期制御モードへの切替条件を満たした状態にて通常制御モードを同期制御モードに切り替え、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置の両方が同期制御モードから通常制御モードへの切替条件を満たした時又は満たした後に同期制御モードを通常制御モードに切り替える。切替条件を満たすことは、例えば予め設定された切替位置に一致することを含む。ここでの一致は、誤差レベル（無視し得るレベル）の差異を残した状態を含む。

ゲイン情報取得部３４６は、第一ゲインを示す情報を第一通信部３２０により第一コントローラ１００から取得し、第二ゲインを示す情報を第二通信部３３０により第二コントローラ２００から取得する。

ゲイン調節部３４７は、第一ゲインの値に基づいて、第二ゲインの低下の程度を定め、通常制御モードが同期制御モードに切り替わるのに同期して、当該低下の程度にて第二ゲインを低下させる指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。

ゲイン調節部３４７は、通常制御モードが同期制御モードに切り替わるのに同期して第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力する際に、多軸ロボット１０の現在位置が、上記切替条件を満たす位置に近付くのに応じて第二ゲインを徐々に低下させる指令を第二コントローラ２００に出力し、多軸ロボット１０の現在位置が切替条件を満たす位置に到達した時又は到達する前に第二ゲインを低下させる指令の出力を完了させる。

また、ゲイン調節部３４７は、同期制御モードが通常制御モードに切り替わるのに同期して、第二ゲインを低下前の値に戻す指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。ゲイン調節部３４７は、同期制御モードが通常制御モードに切り替わるのに同期して第二ゲインを低下前の値に戻す指令を第二コントローラ２００に出力する際に、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置の両方が同期制御モードから通常制御モードへの切替条件を満たした時又は満たした後に第二ゲインを徐々に上昇させる指令を第二コントローラ２００に出力し、第二ゲインが低下前の値に戻った時に第二ゲインの上昇を完了する。

第一コントローラ１００は、例えばロボットコントローラであり、第三コントローラ３００から出力された上記第一動作指令に応じて多軸ロボット１０を動作させるように、アクチュエータ１１〜１６を第一ゲインにて制御する。

第二コントローラ２００は、例えばサーボコントローラであり、第二コントローラ２００から出力された上記第二動作指令に応じて周辺装置２０を動作させるように、サーボモータ２１を第二ゲインにて制御する。

図２は、コントロールシステム１のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、第三コントローラ３００は回路３５０を有し、回路３５０は、一つ又は複数のプロセッサ３５１と、記憶部３５２と、通信ポート３５３，３５４とを有する。

記憶部３５２は、メモリ３５５及びストレージ３５６を含む。ストレージ３５６は、上記モーション記憶部３１０として機能し、且つ上記制御処理部３４０の各機能モジュールを構成するためのプログラムを記録している。ストレージ３５６は、コンピュータ読み取り可能であればどのようなものであってもよい。具体例として、ハードディスク、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等が挙げられる。メモリ３５５は、ストレージ３５６からロードしたプログラム及びプロセッサ３５１の演算結果等を一時的に記憶する。プロセッサ３５１は、メモリ３５５と協働してプログラムを実行することで、制御処理部３４０の各機能モジュールを構成する。すなわち、プロセッサ３５１は制御処理部３４０として機能する。

通信ポート３５３は、プロセッサ３５１からの指令に応じ、第一コントローラ１００の通信ポート１５３（後述）との間で情報通信（例えば高速シリアル通信）を行う。通信ポート３５３は上記第一通信部３２０として機能する。通信ポート３５４は、プロセッサ３５１からの指令に応じ、第二コントローラ２００の通信ポート２５３（後述）との間で情報通信（例えば高速シリアル通信）を行う。通信ポート３５４は上記第二通信部３３０として機能する。

第一コントローラ１００は回路１５０を有し、回路１５０は、一つ又は複数のプロセッサ１５１と、記憶部１５２と、通信ポート１５３と、入出力ポート１５４と、ドライバ１５５とを有する。

記憶部１５２は、メモリ１５６及びストレージ１５７を含む。ストレージ１５７は、上記モデル記憶部１２０として機能し、且つ上記制御処理部１３０の各機能モジュールを構成するためのプログラムを記録している。ストレージ１５７は、コンピュータ読み取り可能であればどのようなものであってもよい。具体例として、ハードディスク、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等が挙げられる。メモリ１５６は、ストレージ１５７からロードしたプログラム及びプロセッサ１５１の演算結果等を一時的に記憶する。プロセッサ１５１は、メモリ１５６と協働してプログラムを実行することで、制御処理部１３０の各機能モジュールを構成する。すなわち、プロセッサ１５１は制御処理部１３０として機能する。

通信ポート１５３は、プロセッサ１５１からの指令に応じ、第三コントローラ３００の通信ポート３５３との間で情報通信を行う。通信ポート３５３は上記通信部１１０として機能する。入出力ポート１５４は、プロセッサ１５１からの指令に応じ、関節軸Ｊ１〜Ｊ６の角度を示す電気信号をアクチュエータ１１〜１６から取得する。ドライバ１５５は、プロセッサ１５１からの指令に応じ、アクチュエータ１１〜１６に駆動電力を出力する。ドライバ１５５は、上記電力出力部１４０として機能する。

第二コントローラ２００は回路２５０を有し、回路２５０は、一つ又は複数のプロセッサ２５１と、記憶部２５２と、通信ポート２５３と、入出力ポート２５４と、ドライバ２５５とを有する。

記憶部２５２は、メモリ２５６及びストレージ２５７を含む。ストレージ２５７は、周辺装置２０を制御するためのプログラムを記録している。ストレージ２５７は、コンピュータ読み取り可能であればどのようなものであってもよい。具体例として、ハードディスク、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等が挙げられる。メモリ２５６は、ストレージ２５７からロードしたプログラム及びプロセッサ２５１の演算結果等を一時的に記憶する。プロセッサ２５１は、メモリ２５６と協働してプログラムを実行することで、上記第二動作指令に応じた周辺装置２０の制御を実行する。

通信ポート２５３は、プロセッサ２５１からの指令に応じ、第三コントローラ３００の通信ポート３５４との間で情報通信を行う。入出力ポート２５４は、プロセッサ２５１からの指令に応じ、サーボモータ２１の回転角度を示す電気信号を取得する。ドライバ２５５は、プロセッサ２５１からの指令に応じ、サーボモータ２１に駆動電力を出力する。

なお、コントローラ１００，２００，３００のハードウェア構成は、必ずしもプログラムにより各機能ブロックを構成するものに限られない。例えばコントローラ１００，２００，３００の上記機能モジュールの少なくとも一部は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。

〔制御方法〕
続いて、制御方法の一例として、第三コントローラにおける制御処理手順を説明する。

（通常制御モードにおける第三コントローラの制御手順）
図３に示すように、第三コントローラ３００は、まずステップＳ０１を実行する。ステップＳ０１では、指令生成部３４１が、モーション記憶部３１０に記憶されたモーション情報に基づいて、現在の制御周期における第一動作指令及び第二動作指令を生成する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ０２を実行する。ステップＳ０２では、第一動作指令出力部３４２が、指令生成部３４１により生成された第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力すし、第二動作指令出力部３４３が、指令生成部３４１により生成された第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ０３を実行する。ステップＳ０３では、第一動作指令及び第二動作指令が、通常制御モードから同期制御モードへの切替開始位置であるかをモード切替部３４５が確認する。例えばモード切替部３４５は、モーション記憶部３１０を参照し、第一動作指令及び第二動作指令に上記第一フラグが付されているか否かを確認する。

ステップＳ０３において、第一動作指令及び第二動作指令が、通常制御モードから同期制御モードへの切替開始位置ではないと判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、指令生成部３４１が制御周期の経過を待機する。その後、第三コントローラ３００は処理をステップＳ０１に戻す。以後、第一動作指令及び第二動作指令が、通常制御モードから同期制御モードへの切替開始位置となるまでは、動作指令の更新及び出力が繰り返される。

ステップＳ０３において、第一動作指令及び第二動作指令が、通常制御モードから同期制御モードへの切替開始位置であると判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、モード切替部３４５が制御周期の経過を待機する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ０６を実行する。ステップＳ０６は、通常制御モードを同期制御モードに移行させる第一移行処理を含む。

図４は、第一移行処理手順を示すフローチャートである。図４に示すように、第三コントローラ３００は、まずステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１では、ゲイン情報取得部３４６が、第一ゲインを示す情報を第一通信部３２０により第二コントローラ２００から取得し、第二ゲインを示す情報を第二通信部３３０により第三コントローラ３００から取得する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２では、ゲイン調節部３４７が、第一ゲインの値に基づいて、第二ゲインの低下の程度を定める。ゲイン調節部３４７は、低下完了後の第二ゲイン（以下、「低下目標ゲイン」という。）を定めてもよいし、低下開始前から低下完了までの第二ゲインの低下率（以下、「目標低下率」という。）を定めてもよい。例えば、ゲイン調節部３４７は、第一ゲインの値を低下完了後の第二ゲインの値としてもよい。また、第一ゲインを第二ゲインで除した値を第二ゲインの低下率としてもよい。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ１３を実行する。ステップＳ１３では、第二ゲインの低下が完了したか否かをゲイン調節部３４７が確認する。ステップＳ１２において、低下目標ゲインが定められている場合、ゲイン調節部３４７は現在の第二ゲインが低下目標ゲインとなっているかを確認する。ステップＳ１２において、目標低下率が定められている場合、現在の第二ゲインを低下開始前の第二ゲインで除した値が目標低下率となっているかを確認する。

ステップＳ１３において、第二ゲインの低下は完了していないと判定した場合、制御処理部３４０はステップＳ１４を実行する。ステップＳ１４では、ゲイン調節部３４７が、１周期分の低下ピッチ又は１周期分の低下率にて第二ゲインを低下させる指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。１周期分の低下ピッチ又は１周期分の低下率は、第一動作指令及び第二動作指令が通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置となる前に、第二ゲインの低下を完了させられるように予め設定されている。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ１５を実行する。ステップＳ１５では、第一動作指令及び第二動作指令が通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置であるかをモード切替部３４５が確認する。例えばモード切替部３４５は、モーション記憶部３１０を参照し、第一動作指令及び第二動作指令に上記第二フラグが付されているか否かを確認する。

ステップＳ１５において、第一動作指令及び第二動作指令が、通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置ではないと判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ１６を実行する。ステップＳ１６では、指令生成部３４１が、モーション記憶部３１０に記憶されたモーション情報に基づいて、現在の制御周期における第一動作指令及び第二動作指令を生成する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ１７を実行する。ステップＳ１７では、第一動作指令出力部３４２が、指令生成部３４１により生成された第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力し、第二動作指令出力部３４３が、指令生成部３４１により生成された第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ１８を実行する。ステップＳ１８では、指令生成部３４１が制御周期の経過を待機する。その後、第三コントローラ３００は処理をステップＳ０３に戻す。以後、第二ゲインの低下が完了するまでは、１周期分の低下ピッチ又は１周期分の低下率にて第二ゲインを低下させることと、動作指令の更新及び出力とが繰り返される。その後、第一動作指令及び第二動作指令が通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置となるまでは、動作指令の更新及び出力が繰り返される。１周期分の低下ピッチ又は１周期分の低下率にて第二ゲインを低下させることが繰り返されることにより、第二ゲインは徐々に低下する。ここに例示されるように、徐々に低下させることは、複数回の繰り返し処理にて段階的に低下させることを含む。

ステップＳ１５において、第一動作指令及び第二動作指令が、通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置であると判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ１９を実行する。ステップＳ１９では、位置情報取得部３４４が、多軸ロボット１０の現在位置に関する情報を第一通信部３２０により第一コントローラ１００から取得し、周辺装置２０の現在位置に関する情報を第二通信部３３０により第二コントローラ２００から取得する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ２０を実行する。ステップＳ２０では、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置が通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置に一致しているかをモード切替部３４５が確認する。すなわちモード切替部３４５は、多軸ロボット１０の現在位置が第一動作指令に一致し、且つ周辺装置２０の現在位置が第二動作指令に一致しているかを確認する。なお、ここでの「一致」は、誤差レベル（無視し得るレベル）の差異が残っている状態を含む。

ステップＳ２０において、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置が通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置に一致していないと判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ２１を実行する。ステップＳ２１では、第一動作指令出力部３４２が第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力し、第二動作指令出力部３４３が第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ２２を実行する。ステップＳ２２では、モード切替部３４５が制御周期の経過を待機する。その後、第三コントローラ３００は処理をステップＳ１９に戻す。以後、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置が通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置に一致するまで、一定の動作指令の出力が繰り返される。

ステップＳ２０において、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置が通常制御モードから同期制御モードへの切替完了位置に一致していると判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ２３を実行する。ステップＳ２３では、モード切替部３４５が、通常制御モードを同期制御モードに切り替える。以上で第一移行処理が完了する。

（同期制御モードにおける第三コントローラの制御手順）
図５に示すように、第三コントローラ３００は、まずステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、指令生成部３４１が、モーション記憶部３１０に記憶されたモーション情報に基づいて、現在の制御周期における第一動作指令及び第二動作指令を生成する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ３２を実行する。ステップＳ３２では、第一動作指令出力部３４２が、指令生成部３４１により生成された第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力すし、第二動作指令出力部３４３が、指令生成部３４１により生成された第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ３３を実行する。ステップＳ３３では、第一動作指令及び第二動作指令が、同期制御モードから通常制御モードへの切替開始位置であるかをモード切替部３４５が確認する。例えばモード切替部３４５は、モーション記憶部３１０を参照し、第一動作指令及び第二動作指令に上記第三フラグが付されているか否かを確認する。

ステップＳ３３において、第一動作指令及び第二動作指令が、同期制御モードから通常制御モードへの切替開始位置ではないと判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ３４を実行する。ステップＳ３４では、指令生成部３４１が制御周期の経過を待機する。その後、第三コントローラ３００は処理をステップＳ３１に戻す。以後、第一動作指令及び第二動作指令が、同期制御モードから通常制御モードへの切替開始位置となるまでは、動作指令の更新及び出力が繰り返される。

ステップＳ３３において、第一動作指令及び第二動作指令が、同期制御モードから通常制御モードへの切替開始位置であると判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５では、モード切替部３４５が制御周期の経過を待機する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ３６を実行する。ステップＳ３６では、位置情報取得部３４４が、多軸ロボット１０の現在位置に関する情報を第一通信部３２０により第一コントローラ１００から取得し、周辺装置２０の現在位置に関する情報を第二通信部３３０により第二コントローラ２００から取得する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ３７を実行する。ステップＳ３７では、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置が同期制御モードから通常制御モードへの切替開始位置に一致しているかをモード切替部３４５が確認する。すなわちモード切替部３４５は、多軸ロボット１０の現在位置が第一動作指令に一致し、且つ周辺装置２０の現在位置が第二動作指令に一致しているかを確認する。なお、ここでの「一致」は、誤差レベル（無視し得るレベル）の差異が残っている状態を含む。

ステップＳ３７において、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置が同期制御モードから同期制御モードへの切替開始位置に一致していないと判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ３８を実行する。ステップＳ３８では、第一動作指令出力部３４２が第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力し、第二動作指令出力部３４３が第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ３９を実行する。ステップＳ３９では、モード切替部３４５が制御周期の経過を待機する。その後、第三コントローラ３００は処理をステップＳ３６に戻す。以後、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置が同期制御モードから通常制御モードへの切替開始位置に一致するまで、一定の動作指令の出力が繰り返される。

ステップＳ３７において、多軸ロボット１０の現在位置及び周辺装置２０の現在位置が同期制御モードから通常制御モードへの切替開始位置に一致していると判定した場合、第三コントローラ３００はステップＳ４０を実行する。ステップＳ４０は、同期制御モードを通常制御モードに移行させる第二移行処理を含む。

図６は、第二移行処理手順を示すフローチャートである。図６に示すように、第三コントローラ３００は、まずステップＳ５１を実行する。ステップＳ５１では、ゲイン調節部３４７が、１周期分の上昇ピッチ又は１周期分の上昇率にて第二ゲインを上昇させる指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。１周期分の上昇ピッチは、上述した１周期分の低下ピッチと同じである。１周期分の上昇率は、上述した１周期分の低下率の逆数である。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ５２を実行する。ステップＳ５２では、第二ゲインが低下前の値に戻ったか否かをゲイン調節部３４７が確認する。

ステップＳ５２において、第二ゲインは低下前の値に戻っていないと判定した場合、制御処理部３４０はステップＳ５３を実行する。ステップＳ５３では、指令生成部３４１が、モーション記憶部３１０に記憶されたモーション情報に基づいて、現在の制御周期における第一動作指令及び第二動作指令を生成する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ５４を実行する。ステップＳ５４では、第一動作指令出力部３４２が、指令生成部３４１により生成された第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力し、第二動作指令出力部３４３が、指令生成部３４１により生成された第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力する。

次に、第三コントローラ３００はステップＳ５５を実行する。ステップＳ５５では、指令生成部３４１が制御周期の経過を待機する。その後、第三コントローラ３００は処理をステップＳ５１に戻す。以後、第二ゲインの上昇が完了するまで（第二ゲインが低下前の値に戻るまで）は、１周期分の上昇ピッチ又は１周期分の上昇率にて第二ゲインを上昇させることと、動作指令の更新及び出力とが繰り返される。１周期分の上昇ピッチ又は１周期分の上昇率にて第二ゲインを上昇させることが繰り返されることにより、第二ゲインは徐々に上昇する。ここに例示されるように、徐々に上昇させることは、複数回の繰り返し処理にて段階的に上昇させることを含む。

ステップＳ５２において、第二ゲインが低下前の値に戻っていると判定した場合、制御処理部３４０はステップＳ５６を実行する。ステップＳ５６では、モード切替部３４５が、同期制御モードを通常制御モードに切り替える。以上で第二移行処理が完了する。

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、コントロールシステム１は、第一制御対象を第一ゲインにて制御する第一コントローラ１００と、第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象を第二ゲインにて制御する第二コントローラ２００と、第一コントローラ１００を介して第一制御対象を動作させ、第二コントローラ２００を介して第二制御対象を動作させる第三コントローラ３００とを備える。第三コントローラ３００は、第一コントローラ１００との間で情報の入出力を行う第一通信部３２０と、第二コントローラ２００との間で情報の入出力を行う第二通信部３３０と、第一制御対象を動作させる第一動作指令を第一通信部３２０により第一コントローラ１００に出力することと、第二制御対象を動作させる第二動作指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力することと、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、同期制御モードの期間の少なくとも一部において、通常制御モードに比較して第二ゲインを低下させる指令を第二通信部３３０により第二コントローラ２００に出力することと、を実行するように構成された制御処理部３４０と、を有する。

コントロールシステム１によれば、同期制御モードの期間の少なくとも一部において第二制御対象の制御ゲインが低下するので、第二制御対象の応答性が第一制御対象の応答性に近付く。従って、第一制御対象の動作と第二制御対象の動作とのタイミングのずれを小さくするのに有効である。

制御処理部３４０は、第一制御対象の現在位置に関する情報を第一通信部３２０により第一コントローラ１００から取得することと、第二制御対象の現在位置に関する情報を第二通信部３３０により第二コントローラ２００から取得することと、を更に実行するように構成され、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることは、第一制御対象の現在位置及び第二制御対象の現在位置の両方が切替条件を満たした状態にて通常制御モードを同期制御モードに切り替えることを含み、同期制御モードの期間の少なくとも一部において、通常制御モードに比較して第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することは、通常制御モードが同期制御モードに切り替わるのに同期して第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することを含んでもよい。この場合、切替条件を適切に設定することにより、第一制御対象及び第二制御対象の動作タイミングのずれが生じていない状態にて、通常制御モードを同期制御モードに切り替えることができる。また、通常制御モードが同期制御モードに切り替わるのに同期して第二ゲインを低下させることで、同期制御モードの開始後における動作タイミングのずれの拡大を抑制できる。従って、第一制御対象の動作と第二制御対象の動作とのタイミングのずれを小さくするのに更に有効である。

通常制御モードが同期制御モードに切り替わるのに同期して第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することは、第二制御対象の現在位置が、切替条件を満たす位置に近付くのに応じて第二ゲインを徐々に低下させる指令を第二コントローラ２００に出力し、第二制御対象の現在位置が切替条件を満たす位置に到達した時又は到達する前に第二ゲインを低下させる指令の出力を完了させることを含んでもよい。この場合、第二ゲインを徐々に低下させることで、ゲインの変動に伴い第二制御対象に生じる急な加減速を緩和することができる。また、第二制御対象の現在位置が切替条件を満たす位置に到達する以前に第二ゲインの低下を完了させることにより、同期制御モードの開始後における動作タイミングのずれの拡大をより確実に抑制することができる。従って、第一制御対象の動作と第二制御対象の動作とのタイミングのずれを小さくするのに更に有効である。

制御処理部３４０は、第一ゲインを示す情報を第一通信部３２０により第一コントローラ１００から取得することと、第一ゲインの値に基づいて、第二ゲインの低下の程度を定めることと、を更に実行するように構成され、第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することは、上記低下の程度にて第二ゲインを低下させる指令を第二コントローラ２００に出力することを含んでもよい。この場合、第一ゲインの値に基づいて、同期制御モードにおける第二ゲインの低下の程度を定めることにより、第二制御対象の応答性をより確実に第一制御対象の応答性に近付けることが可能となる。従って、第一制御対象の動作と第二制御対象の動作とのタイミングのずれを小さくするのに更に有効である。

第一制御対象は複数の関節軸を有する多軸ロボット１０であり、第二制御対象は多軸ロボット１０と協調して動作可能な周辺装置２０であってもよい。多軸ロボットを含む設備においては、多軸ロボットとその周辺装置との間で応答性の差異が大きくなる傾向がある。このため、多軸ロボット１０を第一制御対象とし、周辺装置２０を第二制御対象とすることで、第一制御対象及び第二制御対象の動作タイミングのずれを低減する効果がより顕著となる。

なお、第一制御対象を多軸ロボット１０とし、第二制御対象を周辺装置２０とした構成は、マシンコントローラ（第三コントローラ３００）とロボットコントローラ（第一コントローラ１００）との間に主従関係を持たせた構成に相当する。この場合、協調制御等を実現するための上位の演算部をマシンコントローラ側に集中させ、ロボットコントローラの機能を多軸ロボット１０の制御に特化させることが可能となるので、ロボットコントローラの簡素化が可能となる。また、マシンコントローラを介してロボットコントローラを制御することが可能となるので、マシンコントローラ用のプログラミング言語とロボットコントローラ用のプログラミング言語とを使い分ける煩雑さを解消することが可能である。従って、コントロールシステム全体として、構成の簡素化及び使い勝手の向上を図るのにも有効である。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

１…コントロールシステム、１００…第一コントローラ、２００…第二コントローラ、３００…第三コントローラ、１０…多軸ロボット、２０…周辺装置、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６…関節軸、３２０…第一通信部、３３０…第二通信部、３４０…制御処理部。

Claims (15)

1. 第一制御対象を第一ゲインにて制御する第一コントローラと、
   前記第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象を第二ゲインにて制御する第二コントローラと、
   前記第一コントローラを介して前記第一制御対象を動作させ、前記第二コントローラを介して前記第二制御対象を動作させる第三コントローラとを備え、
   前記第三コントローラは、
   前記第一コントローラとの間で情報の入出力を行う第一通信部と、
   前記第二コントローラとの間で情報の入出力を行う第二通信部と、
   前記第一制御対象を動作させる第一動作指令を前記第一通信部により前記第一コントローラに出力することと、前記第二制御対象を動作させる第二動作指令を前記第二通信部により前記第二コントローラに出力することと、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、前記同期制御モードの期間の少なくとも一部において、前記通常制御モードに比較して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二通信部により前記第二コントローラに出力することと、を実行するように構成された制御処理部と、を有するコントロールシステム。
2. 前記制御処理部は、前記第一制御対象の現在位置に関する情報を前記第一通信部により前記第一コントローラから取得することと、前記第二制御対象の現在位置に関する情報を前記第二通信部により前記第二コントローラから取得することと、を更に実行するように構成され、
   前記通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることは、前記第一制御対象の現在位置及び前記第二制御対象の現在位置の両方が切替条件を満たした状態にて前記通常制御モードを前記同期制御モードに切り替えることを含み、
   前記同期制御モードの期間の少なくとも一部において、前記通常制御モードに比較して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記通常制御モードが前記同期制御モードに切り替わるのに同期して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することを含む、請求項１記載のコントロールシステム。
3. 前記通常制御モードが前記同期制御モードに切り替わるのに同期して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記第二制御対象の現在位置が、前記切替条件を満たす位置に近付くのに応じて前記第二ゲインを徐々に低下させる指令を前記第二コントローラに出力し、前記第二制御対象の現在位置が切替条件を満たす位置に到達した時又は到達する前に前記第二ゲインを低下させる指令の出力を完了させることを含む、請求項２記載のコントロールシステム。
4. 前記制御処理部は、前記第一ゲインを示す情報を前記第一通信部により前記第一コントローラから取得することと、前記第一ゲインの値に基づいて、前記第二ゲインの低下の程度を定めることと、を更に実行するように構成され、
   前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記低下の程度にて前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することを含む、請求項１〜３のいずれか一項記載のコントロールシステム。
5. 前記第一制御対象は複数の関節軸を有する多軸ロボットであり、前記第二制御対象は前記多軸ロボットと協調して動作可能な周辺装置である、請求項１〜４のいずれか一項記載のコントロールシステム。
6. 第一制御対象を第一ゲインにて制御する第一コントローラとの間で情報の入出力を行う第一通信部と、
   前記第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象を第二ゲインにて制御する第二コントローラとの間で情報の入出力を行う第二通信部と、
   前記第一制御対象を動作させる第一動作指令を前記第一通信部により前記第一コントローラに出力することと、前記第二制御対象を動作させる第二動作指令を前記第二通信部により前記第二コントローラに出力することと、通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、前記同期制御モードの期間の少なくとも一部において、前記通常制御モードに比較して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二通信部により前記第二コントローラに出力することと、を実行するように構成された制御処理部と、を備えるコントローラ。
7. 前記制御処理部は、前記第一制御対象の現在位置に関する情報を前記第一通信部により前記第一コントローラから取得することと、前記第二制御対象の現在位置に関する情報を前記第二通信部により前記第二コントローラから取得することと、を更に実行するように構成され、
   前記通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることは、前記第一制御対象の現在位置及び前記第二制御対象の現在位置の両方が切替条件を満たした状態にて前記通常制御モードを前記同期制御モードに切り替えることを含み、
   前記同期制御モードの期間の少なくとも一部において、前記通常制御モードに比較して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記通常制御モードが前記同期制御モードに切り替わるのに同期して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することを含む、請求項６記載のコントローラ。
8. 前記通常制御モードが前記同期制御モードに切り替わるのに同期して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記第二制御対象の現在位置が、前記切替条件を満たす位置に近付くのに応じて前記第二ゲインを徐々に低下させる指令を前記第二コントローラに出力し、前記第二制御対象の現在位置が切替条件を満たす位置に到達した時又は到達する前に前記第二ゲインを低下させる指令の出力を完了させることを含む、請求項７記載のコントローラ。
9. 前記制御処理部は、前記第一ゲインを示す情報を前記第一通信部により前記第一コントローラから取得することと、前記第一ゲインの値に基づいて、前記第二ゲインの低下の程度を定めることと、を更に実行するように構成され、
   前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記低下の程度にて前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することを含む、請求項６〜８のいずれか一項記載のコントローラ。
10. 前記第一制御対象は複数の関節軸を有する多軸ロボットであり、前記第二制御対象は前記多軸ロボットと協調して動作可能な周辺装置である、請求項６〜９のいずれか一項記載のコントローラ。
11. 第一制御対象を第一ゲインにて制御する第一コントローラを介して第一制御対象を動作させ、前記第一制御対象に比べて応答性の高い第二制御対象を第二ゲインにて制御する第二コントローラを介して前記第二制御対象を動作させる第三コントローラにより、
    前記第一制御対象を動作させる第一動作指令を前記第一コントローラに出力することと、
    前記第二制御対象を動作させる第二動作指令を前記第二コントローラに出力することと、
    通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることと、
    前記同期制御モードの期間の少なくとも一部において、前記通常制御モードに比較して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することと、を含む制御方法。
12. 前記第三コントローラにより、
    前記第一制御対象の現在位置に関する情報を前記第一コントローラから取得することと、
    第二制御対象の現在位置に関する情報を前記第二コントローラから取得することと、を更に含み、
    前記通常制御モード及び同期制御モードを切り替えることは、前記第一制御対象の現在位置及び前記第二制御対象の現在位置の両方が切替条件を満たした状態にて前記通常制御モードを前記同期制御モードに切り替えることを含み、
    前記同期制御モードの期間の少なくとも一部において、前記通常制御モードに比較して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記通常制御モードが前記同期制御モードに切り替わるのに同期して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することを含む、請求項１１記載の制御方法。
13. 前記通常制御モードが前記同期制御モードに切り替わるのに同期して前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記第二制御対象の現在位置が、前記切替条件を満たす位置に近付くのに応じて前記第二ゲインを徐々に低下させる指令を前記第二コントローラに出力し、前記第二制御対象の現在位置が切替条件を満たす位置に到達した時又は到達する前に前記第二ゲインを低下させる指令の出力を完了させることを含む、請求項１２記載の制御方法。
14. 前記第三コントローラにより、
    前記第一ゲインを示す情報を前記第一コントローラから取得することと、
    前記第一ゲインの値に基づいて、前記第二ゲインの低下の程度を定めることと、を更に含み、
    前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することは、前記低下の程度にて前記第二ゲインを低下させる指令を前記第二コントローラに出力することを含む、請求項１１〜１３のいずれか一項記載の制御方法。
15. 前記第一制御対象は複数の関節軸を有する多軸ロボットであり、前記第二制御対象は前記多軸ロボットに協調して動作する周辺装置である、請求項１１〜１４のいずれか一項記載の制御方法。

Images