JP2021154444A - ロボットシステム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クラウドコンピューティングシステムを利用することによって、自身及び客先制御設備を簡素化することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供する。【解決手段】本発明のロボットシステムの制御方法は、ロボット（１）を動作させるモータ（Ｍ）と、ロボット（１）の動作状態を検知し、検知した動作状態に応じた動作データＯｆを出力する動作センサ（ＯＳ）と、を備えるロボット（１）と、クラウドコンピューティングシステム（５）の外部に設けられた第１ロボットコントローラ（３）、及びクラウドコンピューティングシステム（５）の内部に構成された第２ロボットコントローラ（４）を含むロボットコントローラ（２）と、を備えるロボットシステム（１００）の制御方法である。この制御方法は、ロボット（１）の動作をロボットコントローラ（２）によってフィードバック制御するフィードバック制御工程を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットシステム及びその制御方法に関する。

ロボットシステムにクラウドコンピューティングを組み込むことが知られている。例えば、特許文献１に記載された技術では、可動式ロボットシステムにおいて、ロボットを駆動し又はロボットの姿勢を変化させる遠隔コンピューティングデバイスがクラウドコンピューティングサービスと通信し、レイアウトマップ等を利用する。

特開２０１４−１９７４１１公開特許公報

しかし、上記従来技術では、従来と同様にロボットの動作を制御するコントローラが必要であり、それに加えて、クラウドコンピューティングシステムと通信する遠隔コンピューティングデバイスが必要であるので、ロボットシステムが複雑である。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、クラウドコンピューティングシステムを利用することによって、自身及び客先制御設備を簡素化することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態（aspect）に係る、ロボットシステムの制御方法は、ロボットを動作させるモータと、前記ロボットの動作状態を検知し、検知した動作状態に応じた動作データを出力する動作センサと、を備える前記ロボットと、クラウドコンピューティングシステムの外部に設けられた第１ロボットコントローラ、及び前記クラウドコンピューティングシステムの内部に構成された第２ロボットコントローラを含むロボットコントローラと、を備えるロボットシステムの制御方法であって、前記第２ロボットコントローラが前記動作センサから前記動作データを取得するとともに前記第１ロボットコントローラが当該第１ロボットコントローラによって制御されたモータ電流を前記モータに供給するようにして、前記ロボットの動作を前記ロボットコントローラによってフィードバック制御するフィードバック制御工程を含む。

この構成によれば、ロボットの動作をフィードバック制御するロボットコントローラの一部をクラウドコンピューティングシステム内に構成するので、ロボットシステムを簡素化することが可能になる。また、これと同じ理由によって、客先制御設備をクラウドコンピューティングシステム内に構築することが可能になる。その結果、客先制御設備をクラウドコンピューティングシステム内に構築することによって、客先における当該設備のハードウェアを省略又は簡素化することができる。

前記動作データを、通信システムを介して前記ロボットから前記第２ロボットコントローラに送信する通信工程と、前記フィードバック制御に用いる制御データを前記第２ロボットコントローラから前記第１ロボットコントローラに送信する通信工程と、を含んでもよい。

この構成によれば、具体的に、動作データをロボットから第２ロボットコントローラに送信し、且つ、フィードバック制御に用いる制御データを第２ロボットコントローラから第１ロボットコントローラに送信することができる。

前記ロボットシステムの制御方法は、上位システムから前記ロボットコントローラに前記動作データの目標値である動作目標を入力する工程をさらに含み、前記フィードバック制御が、前記動作目標と前記動作データとに基づいて遂行されてもよい。

この構成によれば、フィードバック制御が、上位システムからロボットコントローラに入力される動作目標と前記動作データとに基づいて遂行される。

前記フィードバック制御工程が、位置制御工程、速度制御工程、電流制御工程、及び電力供給工程を、それぞれ、前記第１及び第２ロボットコントローラによって前記フィードバック制御を遂行するための機能工程として含む機能工程群を含み、前記第２ロボットコントローラが前記機能工程群のうちの前記電力供給工程以外の少なくとも１つの機能工程を遂行し、前記第１ロボットコントローラが、前記機能工程群のうちの前記第２ロボットコントローラが遂行する機能工程以外の全ての機能工程を遂行し、前記位置制御工程において、前記上位システムから入力される前記ロボットの所定部位の位置目標と前記動作センサが出力する動作データとに基づいて速度目標が生成され、前記速度制御工程において、前記速度目標と前記動作データとに基づいて電流目標が生成され、前記電流制御工程において、少なくとも前記電流目標に基づいて電流指令が生成され、前記電力供給工程において、前記電流指令に従って制御されたモータ電流が前記モータに供給されてもよい。

この構成によれば、具体的に、第１ロボットコントローラと第２ロボットコントローラとが、協働して、ロボットの動作を位置制御によってフィードバック制御することができる。しかも、第１ロボットコントローラが、電流指令に従って制御されたモータ電流をモータに供給し、クラウドコンピューティングシステムからロボットのモータにモータ電流を供給することはしないので、クラウドコンピューティングシステムを適切に利用することができる。

前記第１ロボットコントローラが、前記モータ電流を検知する電流センサを備え、前記電流制御工程において、前記電流目標と前記電流センサが検知するモータ電流とに基づいて前記電流目標が生成されてもよい。

この構成によれば、モータ電流をフィードバック制御することができる。

前記動作センサが、前記ロボット本体の動作状態における前記ロボット本体の前記所定部位の位置を検知し、検知した所定部位の位置に応じた位置データを前記動作データとして出力する位置センサであり、前記速度制御工程において用いられる前記動作データが、前記位置データを時間微分して得られる速度データであってもよい。

この構成によれば、動作センサとして位置センサを設けるだけで済む。

前記上位システムが、前記動作目標を出力するための前記ロボットの動作制御プログラムであってもよい。

この構成によれば、ロボットをプログラム制御することができる。

前記ロボットに動作を教示するための教示用入力装置を用いて前記動作制御プログラムを生成するプログラム生成工程をさらに含んでもよい。

この構成によれば、ロボットに対する教示を、クラウドコンピューティングシステムを利用して行うことができる。

前記上位システムが、操作者の操作に応じて前記動作目標を生成する、前記ロボットを操作するための操作器であってもよい。

この構成によれば、ロボットを操作器によって操作することができる。

前記動作センサが、前記ロボット本体の動作状態における当該ロボット本体の作業対象への作用力を検知するとともに検知した作用力に応じた力データを前記動作データとして出力する力センサであり、前記フィードバック制御工程が、前記第２ロボットコントローラが前記力センサから前記力データを取得するとともに前記第１ロボットコントローラが当該第１ロボットコントローラによって制御されたモータ電流を前記モータに供給するようにして、前記ロボットの動作を前記ロボットコントローラによってフィードバック制御する工程であってもよい。

この構成によれば、力制御を行うことができる。

また、本発明の他の形態（aspect）に係るロボットシステムは、ロボットを動作させるモータと、前記ロボットの動作状態を検知し、検知した動作状態に応じた動作データを出力する動作センサと、を備える前記ロボットと、クラウドコンピューティングシステムの外部に設けられた第１ロボットコントローラと、を備え、前記第１ロボットコントローラと、前記クラウドコンピューティングシステムの内部に構成された第２ロボットコントローラとがロボットコントローラを構成しており、前記第２ロボットコントローラが前記動作センサから前記動作データを取得するとともに前記第１ロボットコントローラが当該第１ロボットコントローラによって制御されたモータ電流を前記モータに供給するようにして、前記ロボットコントローラが前記ロボットの動作をフィードバック制御するように構成されている。

この構成によれば、ロボットシステム及び客先制御設備を簡素化することができる。

本発明は、クラウドコンピューティングシステムを利用することによって、自身及び客先制御設備を簡素化することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供できるという効果を奏する。

図１は、本発明を想到した経緯を説明する模式図である。 図２は、本発明の実施形態に係るロボットシステムの一例の概要を示す模式図である。 図３は、図１のロボットシステムの制御系統の構成例の概要を示す回路図である。 図４は、図３のロボットコントローラの制御回路によって実現されるロボットのフィードバック制御部の一例を示す機能ブロック図である。 図５は、図３のロボットシステムの制御回路によって実現されるロボットの教示機能の概要を示す機能ブロック図である。 図６は、図５のロボットの教示機能の教示動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。なお、以下の図は本発明を説明するための図であるので、本発明に無関係な要素が省略取される場合がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（本発明を想到した経緯）
図１は、本発明を想到した経緯を説明する模式図である。図１には、ロボット、ロボットコントローラ及び客先制御設備を含むロボット設備の変遷が、左から右に向かって過去から将来に向かう、時系列で示されている。図１において、破線で囲まれたロボット設備が現在のロボット設備を示す。

ここで、客先制御設備として、溶接ロボットにおける溶接電流制御盤、ネジ締めロボットにおけるナットランナ制御盤、及びロボット周辺設備の制御盤等が例示される。ロボット周辺設備の制御盤として、塗装ロボットにおける、塗料制御盤、車種検知制御盤、火報制御盤、コンベア制御盤、及びブース内空調制御盤等が例示される。

図１を参照すると、ロボット設備は、過去から現在まで、ロボットコントローラの小型化が進められた。そして、現在、直近の将来に向かって、ロボットコントローラ及び客先制御設備のＰＣ化（パーソナルコンピュータ化）が進められている。

本発明者等は、ここまでのロボット設備の変遷を推し進めて、さらに、ロボット設備の簡素化を図ることを想到した。

まず、これまでのロボット設備の変遷の流れから、ロボットコントローラと客先制御設備とを１つのパーソナルコンピュータに統合することを想到した。さらに、今後の無線通信システムの５Ｇ化及び６Ｇ化を見据えて、この１つに統合したパーソナルコンピュータをクラウド化（パーソナルコンピュータの機能をクラウドコンピューティングシステムによって実現する）することを想到した。ここで、クラウドコンピューティングシステム（クラウドコンピューティングサービスともいう）は、例えば、ＩａａＳ、ＰａａＳ、及びＳａａＳのサービスを提供する。ＩａａＳは、サーバ、ストレージ等のハードウェアを提供する。ＰａａＳは、開発環境（プラットフォーム）を提供する。ＳａａＳは、ソフトウェアを提供する。

これにより、ロボットメーカにとって、ロボットコントローラのハードウェアが不要となり、ロボットコントローラの簡素化を図ることができる。また、ロボットコントローラの製作が不要になる分、ロボット設備を早期に納入することができる。また、ロボット設備の負荷状況に合わせてロボット設備を増強することができる。さらに、ロボットコントローラ及び客先制御設備における制御ソフトウェアのバグの修正が容易になる。

但し、以上のアイデアは理想的な概念であり、実際には、このアイデアを具体化するにあたって、本発明者等は、以下に説明するように、ロボットコントローラのうちの一部をクラウドコンピューティングシステムの外部に残した。従って、実際には、ロボットコントローラのハードウェアは低減されるが、全部が不要にはならない。

以下、このような経緯で想到した本発明の実施形態を、以下、具体的に説明する。

（実施形態）

［ロボットの動作制御］
｛構成｝
図２は、本発明の実施形態に係るロボットシステムの一例の概要を示す模式図である。

図２を参照すると、本実施形態に係る、ロボットシステム１００の制御方法は、ロボット１を動作させるモータＭと、ロボット１の動作状態を検知し、検知した動作状態に応じた動作データＯｆを出力する動作センサＯＳと、を備える前記ロボット１と、クラウドコンピューティングシステム（以下、「クラウド」と呼ぶ場合がある）５の外部に設けられた第１ロボットコントローラ３、及びクラウド５の内部に構成された第２ロボットコントローラ４を含むロボットコントローラ２と、を備えるロボットシステム１００の制御方法であって、第２ロボットコントローラ４が動作センサＯＳから動作データＯｆを取得するとともに第１ロボットコントローラ３が当該第１ロボットコントローラによって制御されたモータ電流Ｉをモータに供給するようにして、ロボット１の動作をロボットコントローラ２によってフィードバック制御するフィードバック制御工程を含む。

以下、これを、詳しく説明する。

図３は、図１のロボットシステム１００の制御系統の構成例の概要を示す回路図である。図３を参照すると、ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボットコントローラ２と、を少なくとも含む。ロボットコントローラ２は、第１ロボットコントローラ３と、第２ロボットコントローラ４とを含む。第１ロボットコントローラ３は、クラウド５の外部に設けられていて、ここでは、ロボット１の内部に設けられている。なお、第１ロボットコントローラ３は、ロボット１の外部に設けられてもよい。ロボットコントローラ２は、ここでは、制御盤コントローラ２０で構成されている。

ロボットシステム１００は、さらに、ティーチペンダント５１、周辺装置５２、及び外部記憶装置５３を含んでもよい。

＜ロボット１＞
ロボット１は、モータによって駆動されるものであればよい。用途によって大別すると、ロボット１として、産業用ロボット、医療用ロボット、サービスロボット等が例示される。具体的には、ロボット１として、多関節型ロボット、パラレルリンク型ロボット、直角座標型ロボット、極座標型ロボット、手術ロボット、災害ロボット、介護ロボット、掃除ロボット等が例示される。

ここでは、ロボット１は、多関節型ロボットであり、上腕部１３、前腕部１４、曲げ部１５、捻り部１６を有する。これらの各部１３〜１６は、所定の順に複数の関節によって接続されている。各関節にはモータＭを構成するサーボモータモータ（以下、サーボモータＭと記載する場合がある）が配置されていて、各関節は、各々に対応するサーボモータＭによって駆動され、それにより、ロボット１が動作する。

また、ロボット１には、当該ロボット１の動作状態を検知する動作センサＯＳとしての位置検知器Ｅが配置されている。位置検知器Ｅは、ロボット１の所定部位の位置を検知する。位置検知器Ｅは、ここでは、エンコーダで構成されている。エンコーダは、サーボモータＭの主軸に設けられていて、サーボモータＭの回転角度位置を検知する。エンコーダ以外の位置検知器Ｅとして、例えば、ロボット１の所定部位の位置を検知する加速度センサが例示される。

動作センサＯＳは、ロボット１の動作状態を検知できるセンサであればよい。位置検知器Ｅ以外の動作センサとして、例えば、ロボット１が作業対象に加える力を検知する力センサ、ロボット１の姿勢を検知する撮像センサ等が例示される。

図３〜図４には、全ての関節を代表して、１つの関節に関するサーボモータＭ、位置検知器Ｅ、及び第１ロボットコントローラ３の構成が示されている。

＜ロボット１の動作制御のタイプ＞
ロボット１の動作制御のタイプは、プログラム制御型と操作型とのいずれでもよい。プログラム制御型のロボットは、所定の動作制御プログラムから出力される目標（位置目標は力目標）に従って動作する。操作型のロボットは、操作者が操作する操作器から出力される目標（位置目標は力目標）に従って動作する。以下では、ロボット１がプログラム制御型のロボットである場合を主として説明し、それを補足する形で、ロボット１が操作型のロボットである場合を説明する。

＜クラウド５＞
クラウド５の定義は、上述の通りである。クラウド５は、ロボット１の所有者以外の第３者が所有してもよく、ロボット１の所有者が所有してもよい。

＜第１ロボットコントローラ３＞
第１ロボットコントローラ３は、ここでは、Ｄ／Ａ変換器４２と、サーボアンプ４３と、カウンタ４４と、を含む。Ｄ／Ａ変換器４２は、デジタル信号をアナログ信号に変換する。サーボアンプ４３は、パワー変換器２１７（図４参照）を含んでおり、当該パワー変換器２１７には外部電源４０４（図５参照）が接続されている。サーボアンプ４３は、外部電源４０４から入力される交流電流を、Ｄ／Ａ変換器４２から入力される電流指令に従って制御し、この制御したモータ電流ＩをサーボモータＭに供給する。カウンタ４４は、位置検知器Ｅを構成するエンコーダから出力されるパルス信号のパルスをカウントすることにより、当該パルス信号を位置（回転角度位置）データに変換する。なお、カウンタ４４をロボット１に設け、カウンタ４４を、第１ロボットコントローラ３を介さずに直接バス１７に接続してもよい。

＜ロボット側通信部＞
ロボット側通信部として、ロボット１は、バス１７及び当該バス１７に接続された通信インターフェース４０１（図５参照。図３には示さず。）を有していて、Ｄ／Ａ変換器４２及びカウンタ４４がこのバス１７に接続されている。このバス１７及び通信インターフェース４０１を介して、第２ロボットコントローラ４からＤ／Ａ変換器４２に電流指令が入力され、カウンタ４４から第２ロボットコントローラ４に位置データが出力される。

なお、ロボット１の上腕部１３、前腕部１４、曲げ部１５、及び捻り部１６と第２ロボットコントローラ４との間で、バス１７及び通信インターフェース４０１を介して所要の信号、データ等のやりとりが行われる。

＜第２ロボットコントローラ４＞
第２ロボットコントローラ４は、システムバス２１を備える。このシステムバス２１に、ＣＰＵ２２、ＲＯＭ２３、メモリインターフェース２４、関数テーブル２６、及び乗除算回路２７が接続されている。メモリインターフェース２４には、ＲＡＭ２５及び外部記憶装置５３が接続されている。

システムバス２１には、さらに、サーボインターフェース３４及び入出力インターフェース２８が接続されている。

入出力インターフェース２８には、操作盤操作パネル２９及びＩ／Ｏバス３０が接続されている。Ｉ／Ｏバス３０には入出力回路３３が接続されている。入出力回路３３は、入力回路３１及び出力回路３２を含む。

操作盤操作パネル２９は、後述するクラウド側の通信インターフェース４０５を介してティーチペンダント５１に接続される。入出力回路３３は、後述するクラウド側の通信インターフェース４０５を介して周辺装置５２と接続される。

ＲＯＭ２３には処理プログラムが格納されている。ＣＰＵ２２が、この処理プログラムをＲＯＭ２３から読み出して実行し、当該処理プログラムに従って、関数テーブル２６、乗除算回路２７、ＲＡＭ２５、外部記憶装置５３を用いて、図４に示すロボット１のフィードバック制御部２００及び図５に示す教示機能（プログラム生成部）を実現し、且つ、入出力回路３３を介してロボット１と周辺装置５２との連携制御を実現する。

なお、第２ロボットコントローラ４は、プロセッサ及びメモリを構成要素として備える必要がある。ＣＰＵ２２は、プロセッサの一例である。ＣＰＵ以外のプロセッサとして、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等が例示される。ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２５、外部記憶装置５３が、このメモリを構成する。

＜クラウド側通信部＞
第２ロボットコントローラ４は、クラウド側通信部として、通信インターフェース４０５（図５参照。図３には示さず。）を備える。サーボインターフェース３４は、通信インターフェース４０５を介して、ロボット１の動作のフィードバック制御に必要な信号、データ等をロボット側通信部との間でやりとりする。操作盤操作パネル２９は、通信インターフェース４０５を介して、ロボット１の教示に必要な信号、データ等をティーチペンダント５１との間でやりとりする。入出力回路３３は、通信インターフェース４０５を介して、所要の信号、コマンド、データ等を周辺装置５２との間でやりとりする。クラウド側通信部は、例えば、データ通信可能なネットワークを介して、ロボット側通信部と通信する。データ通信可能なネットワークとして、インターネット、電話回線、ＬＡＮ、ＷＡＮ、専用回線等が例示される。

＜教示用入力装置４０３及び周辺装置５２＞
ロボットシステム１００は、教示用入力装置４０３（図５参照）を備える。ティーチペンダント５１は、教示用入力装置４０３の一例である。教示用入力装置４０３として、ティーチペンダント５１の他に、タブレット、情報端末等が例示される。

周辺装置として、コンベア、車種検知装置、塗料供給装置、火災報知器、ブース内空調設備、チップ研磨機等が例示される。

＜フィードバック制御部２００＞
図４は、図３のロボットコントローラの制御回路によって実現されるロボットのフィードバック制御部２００の一例を示す機能ブロック図である。

図４を参照すると、フィードバック制御部２００自体の構成は、広く知られているので、簡単に説明する。フィードバック制御部２００は、位置制御部２０１と、速度制御部２０２と、電流制御部２０３と、電力供給部２０４と、を含む。

位置制御部２０１は、減算器２１１によって、上位システム３０１から入力されるロボット１の所定部位の位置目標に対する位置データＰｆの偏差を生成し、この偏差を位置アンプ２１２で増幅等して速度目標を生成する。位置データＰｆは、上述のように、位置検知器Ｅの出力に基づいて生成される。

速度制御部２０２は、減算器２１３によって、位置制御部２０１から入力される速度目標に対する速度データＶｆの偏差を生成し、この偏差を速度アンプ２１４で増幅等して電流目標を生成する。速度データＶｆは、位置検知器Ｅの出力に基づいて生成される位置データＰｆを微分部（不図示）によって微分することによって生成される。

電流制御部２０３は、減算器２１５によって、速度制御部２０２から入力される電流目標に対する電流データＩｆの偏差を生成し、この偏差を電流アンプ２１６で増幅等して電流指令を生成する。電流データＩｆは、電力供給部２０４から出力されるモータ電流Ｉを検知する電流センサＣＳよって生成される。

電力供給部２０４は、外部電源４０４（図５参照）から入力される交流電流を、パワー変換器２１７によって、電流制御部２０３から入力される電流指令に従って制御し、この制御した電流をモータ電流Ｉとしてロボット１のサーボモータＭに供給する。

本実施形態の第１の特徴は、このフィードバック制御部２００が、各機能部２０１〜２０４単位で複数の部分に分割され、これらの分割された複数の部分がロボット１の作業現場（ここでは、ロボット１の内部）に設けられた第１ロボットコントローラ３とクラウド５の内部に構成された第２ロボットコントローラ４とに分けて配置され、且つ、このように分けて配置された部分をそれぞれ含む第１ロボットコントローラ３と第２ロボットコントローラ４とが協働して、ロボット１の動作をフィードバック制御するということにある。

この場合、第２ロボットコントローラ４が機能部群２０１〜２０４のうちの電力供給部２０４以外の少なくとも１つの機能部を含み、第１ロボットコントローラ３が、機能部群２０１〜２０４のうちの第２ロボットコントローラ４が含む機能部以外の全ての機能部を含む。すなわち、ロボットコントローラ２は、第２ロボットコントローラ４が動作センサ（ここでは位置検知器）から動作データＯｆ（Ｐｆ又はＶｆ）を取得するとともに第１ロボットコントローラ３が当該第１ロボットコントローラ３によって制御されたモータ電流ＩをモータＭに供給するようにして、ロボット１の動作をフィードバック制御するように構成されている。この構成によれば、第１ロボットコントローラ３が、電流指令に従って制御されたモータ電流ＩをモータＭに供給し、クラウド５からロボット１のモータＭにモータ電流Ｉを供給することはしないので、クラウド５を適切に利用することができる。

ここでは、第１ロボットコントローラ３が電流制御部２０３及び電力供給部２０４を含み、第２ロボットコントローラ４が位置制御部２０１及び速度制御部２０２を含む。この場合、位置データＰｆ及び速度データＶｆは、ロボット側通信部及びクラウド側通信部を介してロボット１（ここでは第１ロボットコントローラ３を経由して）から第２ロボットコントローラ４に送信される。また、電流目標は、クラウド側通信部及びロボット側通信部を介して第２ロボットコントローラ４から第１ロボットコントローラ３に送信される。

なお、第１ロボットコントローラ３が、位置制御部２０１及び速度制御部２０２の少なくともいずれかを含む場合、第１ロボットコントローラ３は、例えば、図３の制御回路において、プロセッサ及びメモリを備えてもよい。

また、フィードバック制御部２００は、ロボット１のフィードバック制御に加えて、各種のフィードフォワード制御、他の制御等を行ってもよい。

＜上位システム３０１＞
上位システム３０１は、ロボット１の動作制御のタイプがプログラム制御型である場合には、ロボット１の動作制御プログラムである。この動作制御プログラムは、後述するロボット１に対する教示動作によって生成され、例えば、第２ロボットコントローラ４のＲＡＭ２５又は外部記憶装置５３に格納される。

一方、ロボット１の動作制御のタイプが操作型である場合には、操作者によって操作される操作器である。

｛動作｝
次に、以上のように構成されたロボットシステム１００におけるロボット１の制御を説明する。

＜上位システム３０１が動作制御プログラムである場合＞
この場合、ロボットコントローラ２（正確には第２ロボットコントローラ４）は、ロボット１の動作モードの切替機能を備えており、後述するように、教示用入力装置４０３を操作することによって、ロボット１に対する教示を行う教示モードと、ロボット１が動作制御プログラムに従って動作する自動モード（リピート動作モード）とを切り替えることができる。ここでは、まず、操作者がロボット１の動作モードを自動モードに切り替える。すると、ロボット１が以下のように動作する。

図４を参照すると、動作制御プログラムからロボット１の所定部位の位置目標が順次出力される。すると、フィードバック制御部２００によって、この位置目標に従ってロボット１のサーボモータＭの回転角度位置がフィードバック制御され、それにより、ロボット１の動作がフィードバック制御される。

＜上位システム３０１が操作器である場合＞
この場合、操作者による操作器の操作に応じて、操作器からロボット１の所定部位の位置目標が順次出力される。すると、フィードバック制御部２００によって、この位置目標に従ってロボット１のサーボモータＭの回転角度位置がフィードバック制御され、それにより、ロボット１の動作がフィードバック制御される。

＜力制御の場合＞
上述のフィードバック制御部２００は、位置制御を行うように構成されているが、フィードバック制御部２００が力制御を行う場合には、位置制御部２０１及び速度制御部２０２が力制御に対応する制御部で置換される。この力制御に対応する制御部の構成は周知であるので、その説明を省略する。力制御における各制御部の第１ロボットコントローラ３及び第２ロボットコントローラ４への割り当て及びそれらによるフィードバック制御の動作は、位置制御の場合と同様である。従って、その説明を省略する。

［ロボットの教示］
｛構成｝
本実施形態の第２の特徴は、ロボット１に対する教示が、第１ロボットコントローラ３と第２ロボットコントローラ４とが協働することによって遂行されることにある。

以下、この第２の特徴を図５及び図６を用いて説明する。図５は、図３のロボットシステム１００の制御回路によって実現されるロボットの教示機能の概要を示す機能ブロック図である。図６は、図５のロボットの教示機能の教示動作を示すフローチャートである。

図５を参照すると、図３のロボットシステム１００の制御回路によって実現されるロボットの教示機能（プログラム生成部）は、ロボット１が設置される現場側に、上述のロボット１と、上述のパワー変換器２１７と、上述の通信インターフェース４０１と、上述の教示用入力装置４０３と、備える。パワー変換器２１７は外部電源４０４に接続される。表示装置４０２は、例えば、液晶ディスプレイで構成される。ロボット１、パワー変換器２１７、表示装置４０２、及び教示用入力装置４０３は、通信インターフェース４０１に接続されている。パワー変換器２１７は、ここでは、上述のように、電流制御部２０３を介して通信インターフェース４０１に接続されている。

また、この教示機能は、クラウド側に、上述の通信インターフェース４０５と、演算装置４０６と、記憶装置４０７と、を備える。演算装置４０６及び記憶装置４０７は通信インターフェース４０５に接続されている。演算装置４０６は、上述のように、図３のＣＰＵ２２が処理プログラムを実行することによって実現される機能ブロックであり、図４に示すフィードバック制御部２００の機能を含む。記憶装置４０７は、図３の制御回路におけるＲＡＭ２５及び外部記憶装置５３によって構成される。

通信インターフェース４０１と通信インターフェース４０５とは互いに通信する。

｛動作｝
次に、以上のように構成された教示機能の動作を、図６を用いて説明する。教示を行う場合、最初に、操作者は、教示用入力装置４０３を操作して、ロボット１の動作モードを教示モードに切り替える。

図６を参照すると、次に、操作者は、教示用入力装置４０３を用いて記憶装置４０７に空の動作制御プログラムを作成する（ステップＳ１）。具体的には、教示用入力装置４０３の操作が逐次２つの通信インターフェース４０１、４０５を介して演算装置４０６に入力され、演算装置４０６が、当該入力に従って、記憶装置４０７に空の動作制御プログラムを作成する。ここで、「空の動作制御プログラム」とは、所定の制御パラメータ等の数値が空欄になっている未完成の動作制御プログラムを意味する。

次いで、操作者は、教示用入力装置４０３にロボット１に対する動作指令を入力する（ステップＳ２）。

すると、教示用入力装置４０３が、この動作指令を２つの通信インターフェース４０１、４０５を介して、演算装置４０６に入力する。演算装置４０６は、図４のフィードバック制御部２００と同様に、２つの通信インターフェース４０１、４０５及びパワー変換器２１７を用いてフィードバック制御することによって、ロボット１をこの動作指令に従って動作させる（ステップＳ３）。

次いで、操作者は、ロボット１が所望の位置に位置したら、教示用入力装置４０３によって位置決定を指示する（ステップＳ４）。

すると、演算装置４０６は、ロボット１を停止させるとともに、ロボット１の停止位置について、ロボット１の補間動作等を記憶装置４０７に登録する（ステップＳ５）。具体的には、演算装置４０６は、ロボット１の決定された位置について、補間動作（直線補間又は円弧補間）及び速度を演算し、これらを、位置、精度、ＩＯ（入出力）とともに、記憶装置４０７に格納された空の動作制御プログラムに書き込む。

操作者は、ロボット１の全ての動作ステップについて、ステップＳ１〜５を、それらが完了するまで行う。

そして、ロボット１の全ての動作ステップについてステップＳ１〜５が完了すると、操作者は、教示用入力装置４０３を用いて、以上の書き込み処理によって完成された動作制御プログラムを正規の動作制御プログラムとして、記憶装置４０７に登録する（ステップＳ６）。

次いで、操作者は、教示用入力装置４０３を用いてチェック動作を逐次指示する（ステップＳ７）。すると、演算装置４０６が、チェック動作指示が入力される都度、正規の動作制御プログラムに従ってロボット１を動作させる。これにより、操作者は、不具合が発生しないかチェックする。

チェック動作が完了すると、操作者は、教示用入力装置４０３を用いて、リピート動作を指示する（ステップＳ８）。すると、演算装置４０６が、正規の動作制御プログラムに従って、ロボット１を動作させる。リピート動作は、自動モードと同じ動作モードである。

ステップＳ１〜８が遂行される間、演算装置４０６は、表示装置４０２に、操作者のために所要の表示を行わせる。

以上により、ロボット１に対する教示動作が完了する。

［無線通信システムの５Ｇ化及び６Ｇ化］
本実施形態ではロボット側通信部及びクラウド側通信部によってフィードバック制御に用いるデータを通信しながら、ロボット１の動作をフィードバック制御する。従って、データの通信速度が遅いと適切にロボット１の動作を制御できない可能性がある。しかし、無線通信システムの５Ｇ化が進展し、さらに６Ｇ化が実現されると、ロボット１の動作を適切に制御できるようになる。

［効果］
本実施形態では、クラウド５内にロボットコントローラ２の一部である第２ロボットコントローラ４を構成するので、ロボットメーカにとって、第２ロボットコントローラ４のハードウェアが不要となり、ロボットコントローラ２の簡素化を図ることができる。また、第２ロボットコントローラ４の製作が不要になる分、ロボット設備を早期に納入することができる。また、ロボット設備の負荷状況に合わせてロボット設備を増強することができる。

さらに、客先制御設備における制御ソフトウェアもクラウド５に格納することによって、ロボットコントローラ２及び客先制御設備における制御ソフトウェアのバグの修正が容易になる。その理由は、以下の通りである。制御ソフトウェアのバグ修正は、ロボット設備が設置される現場において行うことが必要である。しかし、制御ソフトウェアがクラウドに格納されていれば、各現場のロボットコントローラと制御ソフトウェアとはデータ通信可能なネットワークで接続されているので、ロボットメーカが自社からクラウドにアクセスして、クラウドに格納された制御ソフトウェアにバグ修正を行って、当該ソフトウェアをアップデートすれば、結果的に、そのアップデートされた制御ソフトウェアが、クラウドを介して、各ロボット設備の設置現場に配信されることになるからである。

（その他の実施形態）
上記実施形態において、フィードバック制御部２００は、位置制御を行わず、速度制御のみを行ってもよい。具体的には、この場合、図４において、フィードバック制御部２００では、位置制御部２０１が省略され、上位システム３０１から、速度目標が速度制御部２０２に入力される。これ以外の構成は、上記実施形態と同様である。このような実施形態として、回転軸線の周りに回転する回転体の速度のみをフィードバック制御する形態が例示される。

上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。

本発明のロボットシステム及びその制御方法は、クラウドコンピューティングシステムを利用することによって、自身及び客先制御設備を簡素化することが可能なロボットシステム及びその制御方法として有用である。

１ ロボット
２ ロボットコントローラ
３ 第１ロボットコントローラ
４ 第２ロボットコントローラ
５ クラウド
１７ バス
２０ 制御盤コントローラ
２１ システムバス
２２ ＣＰＵ
２３ ＲＯＭ
２４ メモリインターフェース
２５ ＲＡＭ
２６ 関数テーブル
２７ 乗除算回路
２８ 入出力インターフェース
２９ 操作盤操作パネル
３０ Ｉ／Ｏバス
３１ 入力回路
３２ 出力回路
３３ 入出力回路
３４ サーボインターフェース
４２ Ｄ／Ａ変換器
４３ サーボアンプ
４４ カウンタ
５１ ティーチペンダント
５２ 周辺装置
５３ 外部記憶装置
１００ ロボットシステム
２００ フィードバック制御部
２０１ 位置制御部
２０２ 速度制御部
２０３ 電流制御部
２０４ 電力供給部
２１７ パワー変換器
３０１ 上位システム
４０１ 通信インターフェース
４０２ 表示装置
４０３ 教示用入力装置
４０４ 外部電源
４０５ 通信インターフェース
４０６ 演算装置
４０７ 記憶装置
ＣＳ 電流センサ
Ｅ 位置検知器
Ｉｆ 電流データ
Ｍ モータ（サーボモータ）
Ｏｆ 動作データ
Ｐｆ 位置データ
Ｖｆ 速度データ

Claims (20)

1. ロボットを動作させるモータと、前記ロボットの動作状態を検知し、検知した動作状態に応じた動作データを出力する動作センサと、を備える前記ロボットと、
   クラウドコンピューティングシステムの外部に設けられた第１ロボットコントローラ、及び前記クラウドコンピューティングシステムの内部に構成された第２ロボットコントローラを含むロボットコントローラと、を備えるロボットシステムの制御方法であって、
   前記第２ロボットコントローラが前記動作センサから前記動作データを取得するとともに前記第１ロボットコントローラが当該第１ロボットコントローラによって制御されたモータ電流を前記モータに供給するようにして、前記ロボットの動作を前記ロボットコントローラによってフィードバック制御するフィードバック制御工程を含む、ロボットシステムの制御方法。
2. 前記動作データを、通信システムを介して前記ロボットから前記第２ロボットコントローラに送信する通信工程と、前記フィードバック制御に用いる制御データを前記第２ロボットコントローラから前記第１ロボットコントローラに送信する通信工程と、を含む、請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
3. 上位システムから前記ロボットコントローラに前記動作データの目標値である動作目標を入力する工程をさらに含み、
   前記フィードバック制御が、前記動作目標と前記動作データとに基づいて遂行される、請求項１又は２に記載のロボットシステムの制御方法。
4. 前記フィードバック制御工程が、位置制御工程、速度制御工程、電流制御工程、及び電力供給工程を、それぞれ、前記第１及び第２ロボットコントローラによって前記フィードバック制御を遂行するための機能工程として含む機能工程群を含み、
   前記第２ロボットコントローラが前記機能工程群のうちの前記電力供給工程以外の少なくとも１つの機能工程を遂行し、
   前記第１ロボットコントローラが、前記機能工程群のうちの前記第２ロボットコントローラが遂行する機能工程以外の全ての機能工程を遂行し、
   前記位置制御工程において、前記上位システムから入力される前記ロボットの所定部位の位置目標と前記動作センサが出力する前記動作データとに基づいて速度目標が生成され、
   前記速度制御工程において、前記速度目標と前記動作データとに基づいて電流目標が生成され、
   前記電流制御工程において、少なくとも前記電流目標に基づいて電流指令が生成され、
   前記電力供給工程において、前記電流指令に従って制御されたモータ電流が前記モータに供給される、請求項３に記載のロボットシステムの制御方法。
5. 前記第１ロボットコントローラが、前記モータ電流を検知する電流センサを備え、
   前記電流制御工程において、前記電流目標と前記電流センサが検知するモータ電流とに基づいて前記電流指令が生成される、請求項４に記載のロボットシステムの制御方法。
6. 前記動作センサが、前記ロボット本体の動作状態における前記ロボット本体の前記所定部位の位置を検知し、検知した所定部位の位置に応じた位置データを前記動作データとして出力する位置センサであり、
   前記速度制御工程において用いられる前記動作データが、前記位置データを時間微分して得られる速度データである、請求項４又は５に記載のロボットシステムの制御方法。
7. 前記上位システムが、前記動作目標を出力するための前記ロボットの動作制御プログラムである、請求項３乃至６に記載のロボットシステムの制御方法。
8. 前記ロボットに動作を教示するための教示用入力装置を用いて前記動作制御プログラムを生成するプログラム生成工程をさらに含む、請求項７に記載のロボットシステムの制御方法。
9. 前記上位システムが、操作者の操作に応じて前記動作目標を生成する、前記ロボットを操作するための操作器である、請求項３乃至６のいずれかに記載のロボットシステムの制御方法。
10. 前記動作センサが、前記ロボット本体の動作状態における当該ロボット本体の作業対象への作用力を検知するとともに検知した作用力に応じた力データを前記動作データとして出力する力センサであり、
    前記フィードバック制御工程が、前記第２ロボットコントローラが前記力センサから前記力データを取得するとともに前記第１ロボットコントローラが当該第１ロボットコントローラによって制御されたモータ電流を前記モータに供給するようにして、前記ロボットの動作を前記ロボットコントローラによってフィードバック制御する工程である、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットシステムの制御方法。
11. ロボットを動作させるモータと、前記ロボットの動作状態を検知し、検知した動作状態に応じた動作データを出力する動作センサと、を備える前記ロボットと、
    クラウドコンピューティングシステムの外部に設けられた第１ロボットコントローラと、を備え、
    前記第１ロボットコントローラと、前記クラウドコンピューティングシステムの内部に構成された第２ロボットコントローラとがロボットコントローラを構成しており、
    前記第２ロボットコントローラが前記動作センサから前記動作データを取得するとともに前記第１ロボットコントローラが当該第１ロボットコントローラによって制御されたモータ電流を前記モータに供給するようにして、前記ロボットコントローラが前記ロボットの動作をフィードバック制御するように構成されている、ロボットシステム。
12. 前記動作データを、前記ロボットから前記第２ロボットコントローラに送信するロボット側通信部と、前記フィードバック制御に用いる制御データを前記第２ロボットコントローラから前記第１ロボットコントローラに送信するクラウド側通信部と、を含む、請求項１１に記載のロボットシステム。
13. 前記ロボットコントローラに前記動作データの目標値である動作目標を入力する上位システムをさらに含み、
    前記フィードバック制御が、前記動作目標と前記動作データとに基づいて遂行される、請求項１１又は１２に記載のロボットシステム。
14. 前記第１及び第２ロボットコントローラが、位置制御部、速度制御部、電流制御部、及び電力供給部を、それぞれ、前記フィードバック制御を遂行するための機能部として含む機能部群を含み、
    前記第２ロボットコントローラが前記機能部群のうちの前記電力供給部以外の少なくとも１つの機能部を含み、
    前記第１ロボットコントローラが、前記機能部群のうちの前記第２ロボットコントローラが含む機能部以外の全ての機能部を含み、
    前記位置制御部が、前記上位システムから入力される前記ロボットの所定部位の位置目標と前記動作センサが出力する動作データとに基づいて速度目標を生成するよう構成され、
    前記速度制御部が、前記速度目標と前記動作データとに基づいて電流目標を生成するよう構成され、
    前記電流制御部が、少なくとも前記電流目標に基づいて電流指令を生成するよう構成され、
    前記電力供給部が、前記電流指令に従って制御されたモータ電流を前記モータに供給するよう構成されている、請求項１３に記載のロボットシステム。
15. 前記第１ロボットコントローラが、前記モータ電流を検知する電流センサを備え、
    前記電流制御部が、前記電流目標と前記電流センサが検知するモータ電流とに基づいて前記電流指令を生成するよう構成されている、請求項１４に記載のロボットシステム。
16. 前記動作センサが、前記ロボット本体の動作状態における前記ロボット本体の前記所定部位の位置を検知し、検知した所定部位の位置に応じた位置データを前記動作データとして出力する位置センサであり、
    前記速度制御工程において用いられる前記動作データが、前記位置データを時間微分して得られる速度データである、請求項１４又は１５に記載のロボットシステム。
17. 前記上位システムが、前記動作目標を出力するための前記ロボットの動作制御プログラムである、請求項１３乃至１６のいずれかに記載のロボットシステム。
18. 前記ロボットに動作を教示するための教示用入力装置を用いて前記動作制御プログラムを生成するプログラム生成部をさらに含む、請求項１７に記載のロボットシステム。
19. 前記上位システムが、操作者の操作に応じて前記動作目標を生成する、前記ロボットを操作するための操作器である、請求項１３乃至１６のいずれかに記載のロボットシステム。
20. 前記動作センサが、前記ロボット本体の動作状態における当該ロボット本体の作業対象への作用力を検知するとともに検知した作用力に応じた力データを前記動作データとして出力する力センサであり、
    前記第２ロボットコントローラが前記力センサから前記力データを取得するとともに前記第１ロボットコントローラが当該第１ロボットコントローラによって制御されたモータ電流を前記モータに供給するようにして、前記ロボットコントローラが前記ロボットの動作をフィードバック制御するように構成されている、請求項１４乃至１６のいずれかに記載のロボットシステム。

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