JP2022545803A - 少なくとも一台の機械、特に機械集合体を制御するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、とりわけ、規定の命令変数（Ｒ１、・・・、Ｒｉ）からなる個々の機械語が割り当てられた少なくとも一つの機械（Ｋｉ）を制御するシステムであって、制御の過程で機械（Ｋｉ）が状態変化（Ｚｉ）を伴い、このシステムは、機械（Ｋｉ）の種類および／またはそれに割り当てられた機械語に応じて、相互作用言語の命令変数（ｒ１、・・・、ｒｉ）を個々の機械語の対応命令変数（Ｒ１、・・・、Ｒｉ）に変換するよう構成された制御モジュールを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも一台の機械を制御するシステムおよび方法に関し、特に機械の集合体を同期または非同期で制御するシステムおよび方法に関する。

機械は、各々、以下に定義するように、原則として、規定の命令コードから成り専用にカスタマイズされた機械語つまり固有の機械語を有している。この機械語を構成する命令構造つまり命令構文は、機械が、所与の規定機能を、または該当する場合には、自律的な計画によって生成され当該計画に基づいて機械が環境と相互作用する機能を、実行するために、プログラム化されるか、制御されるか、および／または起動されるように設計されている。つまり、ユーザは、機械語を用いて機械を制御し、適切な命令を介して機械に指示を与えることによって、規定動作を実行できる。これらの指示は、機械自体のプログラミング（設定）と、動作中の実際の機械制御と、の両方を指し得る。

とりわけ、設計が異なる複数の機械が相互作用する際の一つの問題は、機械の各製造業者が専用に養成し設計した、独自のプログラミングロジックに基づいていて他の製造業者の機械語とは互換性がないか制限付きでしか互換性がない場合が多い独自の機械語を使用することである。この問題は、機械ごとに異なるプログラミングや異なる制御命令を使いこなさなければならないユーザにも影響がある。

この場合、機械が行うべき各動作について、意図するプログラミング言語の枠組み内で予めプログラミングし、この目的に対応する制御命令を生成して、プログラミングに従い実行される。

通常、命令変数として規定される制御命令は、マンマシンインタフェース（ＨＭＩ）を介して入力される。ある機械、例えばある製造業者のロボットの場合、ＨＭＩは、例えば「エフェクタを位置Ａから位置Ｂに移動させなさい」という制御命令を、カスタマイズされたグラフィカルユーザインタフェースを介して表示し、それをユーザが作動させるように設計することができる。他の製造業者のロボットの制御システムもこの制御命令を知っているが、他のアルゴリズムを介してロボット側の入力・制御システムに実装され得るので、ユーザは、別の方法、例えば純粋にテキストでプログラムしたり起動したりする必要がある。

その結果、機械やロボットなどの個々の制御システムは、全く同一の動作を行うために、複雑さや使い勝手がそれぞれ異なり得るプログラミング手順および／または命令入力をユーザが行う必要がある。これが面倒でコストがかかるのは言うまでもない。ユーザは各機械ごとに別々に訓練を受ける必要がある。また、機械（プログラミング）言語や機械自体の機能に関する特定の専門的知識が必要なこともデメリットとなる。

また、例えば、生産ラインなどで異なる各機械が協働する機械集合体では、それぞれの機械が個別にプログラムされて制御され、次にこれらの機械が互いに連係して相互作用する必要がある。しかし、個々の機械は、互いの通信はおろか、互いに協力し合うように予め設計されてはいない場合が多い。ロボット、コンベヤベルト、工作機械、センサなどのような様々な機械を所定の生産工場の共通の状況に統合し、それらがエラーなく効果的に協働できるようにすることは、したがって非常に面倒で時間がかかり、関連コストもかかる。

これらのステップは、必ず機械自身のプログラミング言語で事前にプログラムしておく必要がある。それぞれ異なるプログラミング言語を使用し一つ以上の動作の過程で協働することになる複数の機械を同時に統合すること、すなわち、共同で実行される動作について個々のプログラミング実行中に、プログラミング言語および命令言語に互換性がないこれらの機械を外見上「ライブ」同期させることは、確かに不可能である。

また、類似の機械や異なる機械、および集合体の各ユニットが局所的に分布しているため、現場のユーザによる均一な、共同制御および／または同時制御が不可能であることも考えられる。

このような背景から、本発明の課題は、少なくとも一台の機械を、この機械固有の機械語に頼らずに、簡単な方法で制御できるシステムを作り方法を提供することである。ただし、本発明の課題は、特に、通常は異なる各機械の集合体を制御することである。

これらの課題は、請求項１に記載の制御システムおよび請求項８に記載の制御方法によって解決される。

第一の態様において、本発明は、規定の命令変数からなる個々の機械語が割り当てられた少なくとも一台の機械を制御するシステムであって、制御の過程で前記機械が少なくとも一つの状態変化を伴い、前記システムは、規定の命令変数からなる相互作用言語が割り当てられたマンマシンインタフェースと、前記機械の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語に応じて、前記相互作用言語の命令変数および／または個々の前記機械語の命令変数に関し、前記相互作用言語の命令変数を個々の前記機械語の対応命令変数に変換する少なくとも一つの制御関数を生成するよう構成された少なくとも一つの制御モジュールと、を備える。

本開示の文脈において、一般用語の意味での「機械」は、ここでは、任意の実施形態の制御すべきユニットまたは構成要素であって、環境、物体、ワークピースおよび／または人間との相互作用において一つ以上の動作を実行することができると理解されるべきであり、例えば、以下のものを含み得る。
－ 各種の工作機械
－ 静止型または移動型のロボット。
－ 産業用ロボット
－ 人間－ロボット協調機能付きまたは無しの軽量ロボット
－ 各種のセンサ
－ マニピュレータ
－ 演算装置
－ 搬送ユニット
－ シミュレーション
－ 家庭電気器具
－ 医療・手術用機器
－ 選別システムおよび選別装置
－ 自律走行車
－ モバイルプラットフォーム
－ 信号機
－ など、すなわち、原則として、状態変化を反映して機能するか、および／または環境と相互作用するために、ユーザが参照できるか使用しなければならない独立した命令構造（すなわち機械語）を備える実在または仮想のユニット。

本開示の文脈における「命令変数」（または命令コード）は、ユーザ入力の結果として発生し得て、機械に特定の機能を発揮させるか、および／または特定の動作を実行させる任意の命令を意味する。

本発明の追加の態様において、前記制御モジュールは、前記機械の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語に応じて、前記相互作用言語の状態変数および／または個々の前記機械語の状態変数に関し、個々の前記機械語の状態変数を前記相互作用言語の対応状態変数に変換する少なくとも一つの逆制御関数を生成するように、さらに構成されている。

これは、一方では、ある命令の実行中に制御モジュール内でフィードバック制御する役目を果たし、他方では、より上位の文脈において、例えばＨＭＩの表示モジュールにおいて、検出された機械状態または機械の状態変化を表示する役目を果たす。

本開示の文脈における「状態変数」では（または信号変数、状態信号も）、全ての変数は、命令変数によってもたらされる、機械の状態変化の過程で、その後、相互作用言語の変換を介して制御モジュールまたはユーザへの、発生し得る影響を有する外乱変数を含むフィードバックを可能にすると理解されるべきである。

したがって、本発明の核心は、一方では、任意の制御変数に関して、相互作用言語と機械語との間の第一制御関数を介した順変換が、および他方では、任意の状態変数に関して、機械語と相互作用言語との間の逆制御関数を介した逆変換が、本発明に係るシステムや方法によって、広い意味においてプロセス計算モデルの実装として、プログラムでマッピングされるという事実の中に見出されるべきである。

本発明に係る方法やシステムは、ユーザが入力した命令を機械が実行するにつれて、機械による即時のフィードバックを伴って、ユーザが少なくとも一つの機械のライブ制御を可能にするものである。機械プログラミングが、命令の結果として生じる動作が実行される前にそれに間に合うよう実際に実行される必要があるのとは対照的に、本発明では、ユーザによる制御は「オンザフライ」、すなわちリアルタイムで行われる。ユーザと機械との間には常に直接的な相互作用があり、制御関数および逆制御関数から生じるコードは、その基礎となるプログラムが実行されている間に生成される。言い換えれば、本発明に従って実装される方法は、外見上は「仲間内プログラミング」なのである。

基礎となる制御法則の構造およびパラメータに応じて構成されパラメータ化された制御プログラムを含むオブジェクト・マイクロコンピュータの場合のように、本発明によれば、実際の抽象化プロセスを反映する仮想プロセスコンピュータが実装されることによって、当該システムは、制御プログラムがどのように構成され得るか想定できるので、対応する制御法則に関して、命令変数または状態変数を変換する制御関数を生成することができる。

したがって、相互作用言語の命令変数を対応する機械語の命令変数へ移転することは、一般的な用語で有向な状態空間モデルとして記述することができる。

簡単に言うと、本発明によれば、システム側制御モジュールは、機械側制御モジュールとの通信を確立して、システム側制御モジュールの相互作用言語に格納された、規定の動作に対応する命令変数と、機械側制御モジュールの機械語に格納された、対応する命令変数とをリンクする。ここで、システム側制御モジュールは、機械側制御モジュールとは無関係であって上位のものである。

実際の双方向の変換プロセスは、基本的に入力変数（＝相互作用言語の制御変数）、出力変数（＝機械語の作動／制御変数）、状態変数（例えば、状態変化によるセンサ信号）によるマッピングであり、制御関数に関して、状態変数と、必要に応じて入力妨害変数と、を介し、一定のフィードバックまたは反結合を作動させることができる。

本発明に係るシステムは、「同時通訳者」のように、準アナログ的に機能する。

プロセス計算モデルの操作は、必ずしも決定論的である必要はない。制御関数を介して決定される制御変数の将来の出力は、機械と環境との相互作用によってのみ生じ得るので、必ずしも事前に知っている必要はなく、状態変化は、例えば機械で生じる力または機械の動作パターンによって反映される。

このようにして実装されたプロセス計算モデルは、状態変化中に測定可能な実際の物理変数および／または仮想的に生成された変数であるパラメータおよび／または外乱変数を考慮して、一定のフィードバック制御が行われる。

システムの別の実施例として、前記制御モジュールは、前記制御関数が、前記逆制御関数に依存して生成されるか、および／またはその逆が行われるように、さらに構成され得る。

さらに、前記制御モジュールは、前記機械の状態変化中に、例えば所定または実際のフィードバックパラメータに応じて、前記制御関数および／または前記逆制御関数を変更するように構成され得る。

言い換えれば、本発明に係るシステムは、機能的および／または時間的にオープンであるように設計することができる。例えば、許可事項つまり是が非でも機械側で実現すべきことと、制限事項つまり決して機械側で発生してはならないこととは、リアルタイムで個々の制御関数に追加したり削除したりすることができる。

このようにして、機械に特定される個々の機械語の抽象化は、プログラム面では、命令変数の順変換と状態変数の逆変換のために本発明に従って実現されたプロセス計算モデルによってもたらされる。

本発明に係る好ましい実施形態では、以下に説明するシステムおよび方法は、特に、異なる種類またはクラスのいくつかの機械で構成される集合体を制御するために設計されている。

この場合、それぞれに個々の機械語が割り当てられた複数の機械が提供されて、前記制御モジュールは、前記機械ごとに、対応する少なくとも一つの制御関数と、対応する少なくとも一つの逆制御関数と、を生成するように構成される。

機械語は、通常、互いに互換性がないか、制約付きでのみ互換性がある。

前記集合体は、例えば、複数の機械やロボットで構成される生産工場のような、潜在的に異機種環境のシステムやネットワークとして策定され、各々が、異なるタスクを実行し異なる製造業者から提供されるため、別々で互換性のない機械語を含み使用する。

その結果、本開示の文脈における「集合体」は、生産工場の場合のように、互いに物理的に結合されていないが、何らかの形で互いに協力する機械だけでなく、例えば、その遠位端にグリッパ機構を搭載するロボットアームのような、互いに物理的に結合されるシステムであると理解されるべきである。ロボットアームは、第一製造業者のもので独自の機械語（＝ロボット言語）を有し、それに搭載される前記グリッパ機構は第二製造業者のもので、前記ロボット言語とは別の独自の機械語（＝グリッパ言語）を有している。

原則として、本発明に係るシステムおよび方法を実現し適用するための集合体の物理的な構成に制限はない。集合体の各メンバ／各機械は、ローカルおよび／またはグローバルに分散させることができ、ネットワークまたはワイヤレスで相互接続することができる。

このような背景から、前記制御モジュールはさらに、前記制御関数と前記逆制御関数を集合体の前記機械に対して同期または非同期で生成するように構成されている。

言い換えれば、前記集合体の個々の機械のユーザによる相互作用言語を介した制御は、個別に、同時に、あるいは前記集合体の所望のシーケンスに応じて行われ得る。

機械語や機械の数に関係なく、本発明に係るシステムおよび方法は、機械の集合体に存在するすべての異なる機械語に関して、プログラム面で均一な抽象化を実現する。

相互作用言語は、外見上は一種の抽象化言語として機能することによって、集合体の少なくとも一つの機械を制御するための統一されたシステムが提案され、この機械内部の制御システムおよび／または各場合にこれを対象とするプログラミング種類および機械語から独立して使用することができるので、異なる設計および／または異なる製造業者の、例えばロボットのような、複数の機械のすべての異なる機械語と通信することができる。

ユーザは、好ましくはＨＭＩのグラフィックユーザインタフェースの簡単な操作ロジック（例えば、相互作用ベース、純粋なテキストまたはグラフィックシンボル経由）によって特定される上位システムの簡略化されたプログラミングを使用して、機械の個々の制御システムに動作命令を転送することができ、この動作命令は、ユーザが機械側の制御システムの潜在的に非常に複雑な論理に入る必要がなく、当該機械によって実行される。

したがって、ユーザは、機械／ロボット、あるいは複数の機械／ロボットの集合体に簡単な動作をさせるために、市販されているさまざまな機械／ロボットの制御システムのプログラミング命令をすべて詳細に扱ってそれらに精通する必要はなく、プログラミングの観点でははるかに単純な論理で、したがって使い勝手のよい上位システムのみを利用することができる。

この上位システムは、例えば市販されている全てのロボットのような多くの機械にとって外見上の汎用オペレーティングシステムを形成する。プログラミングに大きな労力を必要とせずに、既存または新規の機械やロボットシステムの、機械語だけでなく、新しいオペレーティングシステムや制御システム、および実施すべき新しい動作にも容易に対応できる。

複数の機械クラスにわたる操作の簡略化に加えて、本発明に係るシステムおよび本発明に係る後述の方法の提供および実現によって、プログラミング（設定）および機械の操作の両方において、制御に関してかなりの時間が節約され、著しい経済的利点を伴う。

また、本発明に係るシステムは、空間的に離れている機械または機械集合体を同時にまたは遅延時間を有して作動させることを簡単な方法で可能にする。

具体的には、本発明のシステムは、どの機械側制御システムすなわちどの機械語と現在接続しているかまたは通信する予定かを自律的に認識するようにも設計されており、制御関数を生成するに際して所望の命令変数に必要な「翻訳」または変換アルゴリズムを自律的に提供することができる。このような自律的な「マッピング」は、適切な学習アルゴリズムや深層学習アルゴリズム、あるいはニューラルネットワークによって実行または実装することができる。

この文脈において、本発明はまた、規定の命令変数からなる個々の機械語が割り当てられた少なくとも一つの機械を、やはり規定の命令変数からなる相互作用言語が割り当てられたマンマシンインタフェースと相互作用する制御モジュールによって制御する方法に関し、制御の過程で前記機械が状態変化を伴い、前記方法は、
－ 前記機械の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語を認識することと、
－ 前記機械の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語に応じて、前記相互作用言語の命令変数および／または個々の前記機械語の命令変数に関する制御関数を生成することと、
－ 前記制御関数を使用して、前記相互作用言語の命令変数を、個々の前記機械語の対応する命令変数に変換することと、の各ステップを含む。

この方法は、さらに、
－ 機械の種類および／またはそれに割り当てられた機械語に応じて、前記相互作用言語の状態変数および／または個々の前記機械語の状態変数に関する逆制御関数を生成することと、
－ 前記逆制御関数を使用して、個々の前記機械語の前記状態変数を前記相互作用言語の対応する状態変数に変換することと、の各ステップを含む。

本方法は、さらに、前記制御関数が前記逆制御関数の関数として生成され得ること、および／またはその逆もあり得ることを特徴とする。

本方法の別の実施形態では、前記制御関数および／または前記逆制御関数は、前記機械の状態変化中に変更され得る。

本発明によれば、これらすべては、基礎となる動作の過程または実行中に、すなわち「オンザフライ」で行われる。

本発明に係る方法は、各々が個々の機械語を割り当てられている複数の機械が提供される場合、各々の機械に対して制御関数および逆制御関数が生成されるのが好ましく、前記制御関数および逆制御関数は、前記機械に対して同期または非同期に生成され得る。

本発明に係るシステムまたは方法によれば、ユーザは、機械の種類やプログラミング言語および命令言語に関係なく、対応するネットワークを介しオンラインで直接かつリアルタイムに機械または機械集合体を制御することができる。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して説明される各実施形態の記載内容から明らかになる。
マンマシンインタフェースの概要図である。 制御対象機械の概要図である。 単一の機械Ｋ_ｉの制御に関して本発明のシステムの構造を示す概要図である。 単一の機械Ｋ_ｉの制御に関して本発明のシステムの構造を示す別の概要図である。 機械集合体の概要図である。 物理的に接続された集合体としてのロボットを示す図である。 機械集合体の制御に関して本発明のシステムの構造を示す概要図である。

図１は、マンマシンインタフェース（ＨＭＩ）の概要図であり、ユーザは、このＨＭＩを用いて、当該ＨＭＩに割り当てられた相互作用言語の入力命令を、視覚的に、テキストで、音声制御で、入力モジュールＥＭを介したグラフィックシンボルまたはバーチャルリアリティ装置から入力することができる。同時に、ユーザは、本発明に係るシステムによる制御対象の機械、構成要素またはユニット、あるいは制御対象の機械集団の状態について、ＨＭＩを介してフィードバックを受け取る。

相互作用言語は、いわばユーザ側の命令言語を形成するもので、本発明によれば、システムが相互作用するすべての機械に関して統一的に設計されていることが好ましい。

対応する命令変数 ｒ_１、・・・、ｒ_ｉは，相互作用言語内に格納されているか，あらかじめ規定されている。制御対象の機械が例えばロボットである場合、命令変数ｒ_１は、例えば「ロボットを位置Ａから位置Ｂに移動させなさい」という意味であり得るが、ロボットの種類とその固有の機械語は、システムには、したがって相互作用言語を操作するユーザには必ずしも知られていない。

機械の機械語は、命令変数によって規定され、動作という文脈において機械によって直接実行し得るすべての命令から構成され、これらの各命令の、したがって命令セットの、量と、形式的構造つまり構文と、は、たとえ各機械が命令変数の実装という文脈では同じ結果に到達したとしても、機械ごとに異なっている。例えば、第一製造業者製で第一機械語（機械コード、機械プログラム）を有する六軸位置制御ロボットは、技術的には異なるやり方で実現された、第二製造業者製で第二機械語を有する六軸位置制御ロボットと同じように、そのエフェクタを位置Ａから位置Ｂに移動させることができる、すなわち、両ロボットの結果つまり機能的遂行は同じであるが、実行は機械語の異なる命令変数を使って実施される。

図２は、本発明に係るシステムによって制御される機械Ｋ_ｉの構造を模式的に示している。

この機械Ｋ_ｉは、ユーザ側の相互作用言語とは種類やプログラミングに関して同一ではない独立した機械語を有する。他の機械や機械クラスの機械語と同一であったり互換性があったりする必要がないこの機械語には、その実行すなわち達成すべき結果に関して相互作用言語の命令変数に対応する命令変数Ｒ_１、・・・、Ｒ_ｉも格納されている。

前述の例では、機械語の命令変数Ｒ_１は、したがって、「ロボットを位置Ａから位置Ｂに移動させなさい」ということも意味し、命令変数Ｒ_２～Ｒ_ｉは、命令変数Ｒ_１に続いて実行され得る別の各命令から成り得る。

図３は、単一の機械Ｋ_ｉの制御に関して本発明に係るシステムの構造を模式的に示している。

本発明に係るシステムは、例えば、ソフトウェアに関する、または少なくとも一つのプロセッサコアの適切なプログラミングによって、相互作用言語の各命令変数ｒ_１、・・・、ｒ_ｉに関して、少なくとも一つの制御関数ｆ_１、・・・、ｆ_ｉを生成するように設計されており、当該制御関数を用いて、これらの命令変数ｒ_１、・・・、ｒ_ｉは、機械Ｋ_ｉの、それぞれ割り当てられた、または対応する機械語の命令変数Ｒ_１、・・・、Ｒ_ｉに転換または変換される。

本発明によれば、このプロセスは、制御関数ｆ_１、・・・、ｆ_ｉが、ソフトウェアまたはプロセッサコアに記憶または実装されている少なくとも一つのアルゴリズムによって、機械Ｋ_ｉの、例えば六軸位置制御ロボットという種類またはクラスに応じて、この機械Ｋ_ｉに固有の個々の（一般に製造者依存の）機械語および／または命令自体の種類を決定するように実施される。

実際、相互作用言語の命令構造や命令構文は、機械Ｋ_ｉの命令構造や命令構文を知っている必要はない。

機械Ｋ_ｉ自体は、各命令変数の実行過程で状態変化を起こす状態機械のコンピューティングモデルとして記述されて、図３の矢印Ｚ_ｉで例示している。最も単純な形として、コンピューティングモデルはチューリング機械として記述することができる。

ここで、状態変化は、実際には必ずしも動的なものである必要はない。機械Ｋ_ｉは、例えば任意の種類のセンサであり得て、その現在状態すなわち測定値について、相互作用言語の対応する入力を介し、命令変数ｒ_２を用いて、例えば「現在気温を特定しなさい」という意味の問い合わせを受けると、システムの制御モジュールは、この入力を、センサの「現在気温を特定しなさい」という意味の、機械（センサ）語の制御変数Ｒ_２にマッピングする対応制御関数ｆ_２を生成する。状態変数または状態信号としての温度は、その後、制御モジュールまたは ＨＭＩ に逆転送されて、情報をユーザに表示または送信することができるが、これについては図４ に関連して後ほど説明する。

本発明によれば、制御モジュールはまた、制御関数ｆ_１、・・・、ｆ_ｉを生成する過程で、機械Ｋ_ｉの命令変数Ｒ_２、・・・、Ｒ_ｉから、矢印Ｕ_１、・・・、Ｕ_ｉによって象徴的に表される連続的なフィードバックがあるように設計されている。

その結果、本発明は、ユーザ定義の相互作用言語と所定の個別機械言語との間で通信するためのプロセスコンピューティングモデル、広義には、実際の状態変数および／または仮想状態変数および／または外乱変数がフィードバック制御に含まれる制御ループの基本構造を仮想的に実現することを特徴としている。本発明によれば、このような制御ループは、個々の命令変数を仮想制御変数とするプログラミングによって仮想的に生成されるのが好ましい。

制御対象である機械の状態変化（例えば「ロボットが位置Ａから位置Ｂに移動した」）が発生したかどうか、またどの程度発生したかを認識するために、システム（ひいてはＨＭＩを介してユーザ）には、対応するフィードバックが提供される必要がある。

これを典型例として図４に示す。

機械Ｋ_ｉの機械語には、状態変数Ｓ_１，・・・， Ｓ_ｉの集合が割り当てられる。これらの状態変数Ｓ_１，・・・， Ｓ_ｉは、翻って相互作用言語で規定される等価な状態変数ｓ_１、・・・、ｓ_ｉの集合に対応する。

本発明によれば、少なくとも一つの制御モジュールはさらに、相互作用言語の状態変数ｓ_１、・・・、ｓ_ｉに関して、それぞれ、少なくとも一つの逆制御関数ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１が生成されるように構成されており、この逆制御関数は、機械Ｋ_ｉの対応する状態変数S_１、・・・、Ｓ_ｉを相互作用言語の対応する状態変数ｓ_１、・・・、ｓ_ｉに変換またはマッピングするように設計されている。

ここでも、逆制御関数の生成は、機械語と相互作用言語間との通信をプロセスコンピューティングモデルとしてマッピングするという本発明に係るアプローチに従って行われ、対応するアルゴリズムは、この目的のために制御モジュールに格納されている。

制御変数に関して制御関数ｆ_ｉを生成する順変換と、当該制御変数と関数関係を持ち得る状態変数に関して逆制御関数ｆ_ｉ ^－１を生成する逆変換と、は、両方とも、相互作用言語へのインタフェースにおいて、（好ましくは所定の種類の）すべての制御対象機械Ｋ_ｉに亘って均一な抽象化を行うことができる。こうして得られた情報出力（到達位置、温度など）は、適切に設計された表示モジュールＤＭを介してユーザに伝えることができる。

したがって、本発明によれば、ユーザは、規定の命令セットを有する唯一の相互作用言語しか必要とせずに、機械、構成要素、および／または機械アセンブリを制御したり、それらと通信したりすることができる。この相互作用言語は、例えばグラフィカルユーザインタフェース上でのアプリ制御を通じてユーザフレンドリーかつ理解しやすいように設計され、制御対象の機械のすべての機械語に対して独立かつ自律的であることが好ましい。

したがって、本発明に係るシステムは、当該システムに実装された所定のアルゴリズムによって、すべての異なる機械語に亘って抽象化を達成するように設計されており、例えば制御変数、状態変数および起こり得る外乱変数（例えば待ち時間）など、これらのアルゴリズムによって実現されるプロセスコンピューティングモデルに関連するすべての考えられる仮想および／または実際のパラメータが考慮されている。

しかし、好ましい実施形態では、当該システムを使用して、好ましくは潜在的に異種混成で分散された、機械、構成要素、またはユニットの集合体を制御する。

図５は、機械Ｋ_１～Ｋ_９で構成されるこのような集合体を模式的に示している。

各機械 Ｋ_１～Ｋ_９は、制御の過程で発生する状態変化Ｚ_１～Ｚ_９を経験する。

機械自体は機能的に関連している必要はなく、また別の場所に設置することも可能である。しかし、例えば矢印Ａ、Ｂで典型的に示される一般的な製造工場の文脈では、相互に互換性のある機械語を持たずに協働することも可能である。例えば、機械Ｋ_８は、ベルトコンベアＫ_９からワークピースを取り出して機械加工後に戻すロボットＫ_７によって投入される工作機械であり得る。

機械Ｋ_７～Ｋ_９は、異なる、相互に互換性のない機械語を自分用に有するが、機械同士の通信、それらの制御、また必要であればプログラミングは、すべての機械Ｋ_７～Ｋ_９のための統一された命令言語としての相互作用言語を使用する、本発明に係る方法による抽象化原理を介して行われる。

しかしながら、集合体は、図６に典型例として示されるように、例えば、ある製造業者のロボットアームＫ_３がその遠位端に別の製造業者のグリッパ機構Ｋ_５を搭載するように、機能的に相互作用する単一の独立した機械から成るいくつかの構成要素でもあり得て、ロボットアームＫ_３またはその制御言語／機械語、およびグリッパ機構Ｋ_５またはその制御言語／機械語が、互いの情報を一部しか持たないか、全く持たないこともあり得る。

図7は、本発明による方法の集合体制御を模式的に示している。

各機械Ｋ_１、Ｋ_２は、自らの機械語の命令変数（Ｒ_１，・・・，Ｒ_ｉ）Ｋ_１、（Ｒ_１，・・・，Ｒ_ｉ）Ｋ_２の集合を備える。同様に、各機械Ｋ_１、Ｋ_２には、既に存在する状態変数（例えば既存の温度）、または制御の結果としての状態変化によってのみ設定される状態変数（例えばその後変化した温度）の集合（Ｓ_１、・・・、Ｓ_ｉ）Ｋ_１、（Ｓ_１、・・・、Ｓ_ｉ）Ｋ_２が割り当てられる。

本発明によれば、図３および図４に関連して上記説明したように、機械Ｋ_１用に制御関数ｆ_１～ｆ_ｉという対応集合Ｆ_１と、機械Ｋ_２用に制御関数ｆ_１～ｆ_ｉという対応集合Ｆ_２と、が各制御変数に対して生成され、機械Ｋ_１用に逆制御関数ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１という対応集合Ｆ_１ ^－１と、機械Ｋ_２用に逆制御関数ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１という対応集合Ｆ_２ ^－１と、が、各状態変数に対して生成される。

このようにして、すべての機械クラスまたは機械種類と、それらの機械語と、に亘って、均一な抽象化を実現することができる。

個々の制御関数の生成は、制御モジュール（ソフトウェア、プロセッサコア）に実装される、所定の、および／または適応可能な、および／または（深層）学習アルゴリズムを介して可能である。これによって形式的な相互作用モデル、すなわち相互作用制御の一種が作られ、ユーザはこのモデルを使用して、機械語の観点で必然的に互いに互換性のない異なる機械を、個別に、すなわち非同期あるいは同期的に作動させることが可能になるので、これらの機械は、例えば異なる機械で構成される生産工場においてそうであるように、より高次元のプロセス概念で統合される。

Claims (16)

1. 規定の命令変数（Ｒ_１、・・・、Ｒ_ｉ）からなる個々の機械語が割り当てられた少なくとも一つの機械（Ｋ_ｉ）を制御するシステムであって、制御の過程で前記機械（Ｋ_ｉ）が状態変化（Ｚ_ｉ）を伴い、前記システムは、
   ・ 規定の命令変数（ｒ_１、・・・、ｒ_ｉ）からなる相互作用言語が割り当てられたマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）と、
   ・ 前記機械（Ｋ_ｉ）の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語に応じて、前記相互作用言語の命令変数（ｒ_１、・・・、ｒ_ｉ）および／または個々の前記機械語の命令変数（Ｒ_１、・・・、Ｒ_ｉ）に関し、前記相互作用言語の命令変数（ｒ_１、・・・、ｒ_ｉ）を個々の前記機械語の対応命令変数（Ｒ_１、・・・、Ｒ_ｉ）に変換する少なくとも一つの制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）を生成するよう構成された少なくとも一つの制御モジュールと、を備える
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記制御モジュールは、前記機械（Ｋ_ｉ）の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語に応じて、前記相互作用言語の状態変数（ｓ_１、・・・、ｓ_ｉ）および／または個々の前記機械語の状態変数（S_１、・・・、Ｓ_ｉ）に関し、個々の前記機械語の状態変数（S_１、・・・、Ｓ_ｉ）を前記相互作用言語の対応状態変数（ｓ_１、・・・、ｓ_ｉ）に変換する逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）を生成するように、さらに構成されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記制御モジュールは、前記逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）に依存して前記制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）を生成するように、および／またはその逆を行うように、さらに構成される
   ことを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 前記制御モジュールは、前記機械（Ｋ_ｉ）の状態変化中に、前記制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）および／または前記逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）を変更するように、さらに構成される
   ことを特徴とする、請求項２または３に記載のシステム。
5. それぞれに個々の機械語が割り当てられた複数の機械（Ｋ_１、・・・、Ｋ_ｉ）が提供されて、前記制御モジュールは、前記機械（Ｋ_１、・・・、Ｋ_ｉ）ごとに、一つの制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）と一つの逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）と、を生成するように構成される
   ことを特徴とする、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記制御モジュールは、前記制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）および前記逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）を前記機械（Ｋ_１、・・・、Ｋ_ｉ）に対して同期または非同期で生成するように、さらに構成される
   ことを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 少なくとも一つの前記機械（Ｋ_ｉ）は、ロボットまたはロボットの一部である
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 規定の命令変数（Ｒ_１、・・・、Ｒ_ｉ）からなる個々の機械語が割り当てられた少なくとも一つの機械（Ｋ_ｉ）を、規定の命令変数（ｒ_１、・・・、ｒ_ｉ）からなる相互作用言語が割り当てられたマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）と相互作用する制御モジュールによって制御する方法に関し、制御の過程で前記機械（Ｋ_ｉ）が状態変化（Ｚ_ｉ）を伴い、前記方法は、
   － 前記機械（Ｋ_ｉ）の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語を認識することと、
   － 前記機械（Ｋ_ｉ）の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語に応じて、前記相互作用言語の命令変数（ｒ_１、・・・、ｒ_ｉ）および／または個々の前記機械語の命令変数（Ｒ_１、・・・、Ｒ_ｉ）に関する制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）を生成することと、
   － 前記制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）を使用して、前記相互作用言語の命令変数（ｒ_１、・・・、ｒ_ｉ）を、個々の前記機械語の対応する命令変数（Ｒ_１、・・・、Ｒ_ｉ）に変換することと、の各ステップを含む
   ことを特徴とする方法。
9. － 前記機械（Ｋ_ｉ）の種類および／またはそれに割り当てられた前記機械語に応じて、前記相互作用言語の状態変数（ｓ_１、・・・、ｓ_ｉ）および／または個々の前記機械語の状態変数（S_１、・・・、Ｓ_ｉ）に関する逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）を生成することと、
   － 前記逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）を使用して、個々の前記機械語の前記状態変数（S_１、・・・、Ｓ_ｉ）を前記相互作用言語の対応する状態変数（ｓ_１、・・・、ｓ_ｉ）に変換することと、の各ステップをさらに含む
   ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記制御モジュールは、前記制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）が、前記逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）に依存して生成されるか、および／またはその逆が行われる
    ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）および／または前記逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）は、前記機械（Ｋ_ｉ）の状態変化（Ｚ_ｉ）中に変更される
    ことを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
12. 各々が個々の機械語を割り当てられている複数の機械（Ｋ_１、・・・、Ｋ_ｉ）が提供される場合、前記方法は、
    － 各々の機械（Ｋ_１、・・・、Ｋ_ｉ）に対して制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）および逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）を生成すること、を含み、
    前記制御関数（ｆ_１、・・・、ｆ_ｉ）および前記逆制御関数（ｆ_１ ^－１、・・・、ｆ_ｉ ^－１）は、前記機械（Ｋ_１、・・・、Ｋ_ｉ）に対して同期または非同期に生成される
    ことを特徴とする、請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたデータ処理装置を備える
    ことを特徴とするコンピュータシステム。
14. 請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載の方法を実行するプログラマブルコンピュータシステムと相互作用することが可能な電子的可読制御信号を有する
    ことを特徴とするデジタル記憶媒体。
15. 機械可読媒体に格納されたプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品であって、前記プログラムコードがデータ処理装置で実行されると請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載の方法を実行する
    ことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
16. プログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、前記プログラムがデータ処理装置で起動すると請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載の方法を実行する
    ことを特徴とするコンピュータプログラム。

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