JP2023108339A - 機器の制御装置、制御システム、及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つ以上の機器の動作を同期させることができる、機器の制御装置を提供する。【解決手段】本発明による制御装置は、機器１０９ａと通信可能な通信部１０７ａと、機器１０９ａに対する指令を生成する指令生成部１０２と、通信部１０７ａから機器１０９ａへ指令を送信してから機器１０９ａが指令を実行するまでの時間差である指令実行時間差Δｔを取得する指令実行時間差取得部１０６と、指令実行時間差Δｔを用いて、機器１０９ａが指令を実行する周期である指令実行周期Ｔを算出する周期計算部１０４と、指令実行時間差Δｔを用いて、機器１０９ａの指令実行周期Ｔの基準点である位相αを算出する位相計算部１０５と、指令実行周期Ｔと位相αから、機器１０９ａが指令を実行するタイミングである指令実行タイミングｔｅを算出し、次の指令実行タイミングｔｅでの指令の値を求めることで、指令を補正する指令補正部１０３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、産業に用いられる機器の制御装置、制御システム、及び制御方法に関する。

各業界で顧客要求が多様化し、製造業においては開発サイクルの短期化とともに、大量生産や複雑な製品製造への対応が急務となっている。このため、産業用ロボットなどの機器の制御においては、生産性向上のために、同時に多数の機器を制御することが求められている。同時に複数の機器を制御する際には、制御対象である機器間での同期が必要である。例えば、複数のロボットで１つの製品を作るためには、各ロボットが動作タイミングを高精度に合わせる必要がある。

複数の機器を同期させる従来の技術の例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された制御システムは、通信路で接続されマスタユニットとスレーブユニットを構成する各制御装置で生成するタイミング信号の位相差及び周期差を補正し、同期制御を行う。

特開２００７－２１９６４２号公報

上述したように、産業用ロボットなどの複数の機器を制御する際には、複数の機器間で同期した制御が必要である。特に、異なる型の機器や異なるメーカで製造された機器などの、複数種類の機器が用いられている場合には、このような複数の機器間で同期が必要である。

複数の機器の制御において、機器を制御するコントローラや機器のそれぞれが、受信した制御指令を実行するタイミングは、互いに異なっている。このため、コントローラや機器は、同じ制御指令を入力しても、指令を実行するタイミング（指令実行タイミング）が互いに異なり、動作にずれが生じる。そこで、複数の機器の制御においては、指令実行タイミングの差を吸収して、各機器で同期した動作を実行させる制御が必要である。例えば、機器のタイミング信号を発生する周期と位相を調整して、各機器で指令実行タイミングを同期させることで、同期した動作を実行させることができる。

しかし、例えば互いに異なるメーカの機器などの複数種類の機器を制御する場合には、必ずしも全ての機器とコントローラのタイミング信号や指令実行タイミングを期待通りに調整できるわけではない。このため、特許文献１に記載された技術などの従来の技術では、内部動作や設定の変更が容易に行えないこのような機器が制御対象として存在していると、機器間で同期した動作を実行させることが困難である。

本発明の目的は、１つ以上の機器の動作を同期させることができる、機器の制御装置、機器の制御システム、及び機器の制御方法を提供することである。

本発明による、機器の制御装置は、１つ以上の機器と通信可能な通信部と、前記機器に対する指令を生成する指令生成部と、前記通信部から前記機器へ前記指令を送信してから前記機器が前記指令を実行するまでの時間差である指令実行時間差を取得する指令実行時間差取得部と、前記指令実行時間差を用いて、前記機器が前記指令を実行する周期である指令実行周期を算出する周期計算部と、前記指令実行時間差を用いて、前記機器の前記指令実行周期の基準点である位相を算出する位相計算部と、前記指令実行周期と前記位相から、前記機器が前記指令を実行するタイミングである指令実行タイミングを算出し、次の前記指令実行タイミングでの指令の値を求めることで、前記指令を補正する指令補正部とを備える。

本発明による、機器の制御システムは、本発明による制御装置と、前記制御装置に制御され、前記制御装置が備える前記通信部と通信可能な１つ以上の機器とを備えることを特徴とする。

本発明による、機器の制御方法は、１つ以上の機器と通信可能な通信部を備える制御装置に実行され、前記機器に対する指令を生成する指令生成ステップと、前記通信部から前記機器へ前記指令を送信してから前記機器が前記指令を実行するまでの時間差である指令実行時間差を取得する指令実行時間差取得ステップと、前記指令実行時間差を用いて、前記機器が前記指令を実行する周期である指令実行周期を算出する周期計算ステップと、前記指令実行時間差を用いて、前記機器の前記指令実行周期の基準点である位相を算出する位相計算ステップと、前記指令実行周期と前記位相から、前記機器が前記指令を実行するタイミングである指令実行タイミングを算出し、次の前記指令実行タイミングでの指令の値を求めることで、前記指令を補正する指令補正ステップとを有する。

本発明によると、１つ以上の機器の動作を同期させることができる、機器の制御装置、機器の制御システム、及び機器の制御方法を提供することができる。

本発明の実施例１による制御装置の機能ブロック図である。 指令生成部の動作フローの例を示す図である。 指令補正部の動作フローの例を示す図である。 周期計算部と位相計算部が計算するロボットの指令実行周期Ｔと位相αを示すタイムチャートを示す図である。 指令補正部により補正される軌道指令と、指令補正部が補正した軌道指令の一例を示す図である。 指令実行時間差Δｔと指令実行周期Ｔと位相αを計算する際に用いる要素を示すタイムチャートを示す図である。 通信部の動作フローの例を示す図である。 本発明の実施例２による制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例３による制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例４による制御装置の機能ブロック図である。 算出値更新部の機能ブロック図である。

本発明による、機器の制御装置、制御システム、及び制御方法では、複数の機器（例えば、型や製造メーカが互いに異なる複数種類の機器）が指令を実行するタイミングの差異を吸収することができ、複数の機器の動作を同期して制御することができる。また、制御対象の機器が１台の場合では、指令を送信するタイミングと指令を実行するタイミングの差を加味して軌道指令を補正することにより機器の動作を調整して、理想の動作と実際の動作の乖離を無くすことができる。

本発明によると、例えば１つ以上の機器を制御する生産ラインや産業システムにおいて、内部動作や設定を変更できず調整が困難な機器が存在していても、機器の動作を同期させたり調整したりすることができ、複雑な生産工程や、高精度かつ高効率な生産を実現させることができる。

以下、本発明の実施例による、機器の制御装置、機器の制御システム、及び機器の制御方法を、図面を用いて説明する。本発明において、制御対象の機器には、ロボット（例えば、産業用ロボット）、自律走行車両、及びベルトコンベアなどの装置が含まれる。以下の実施例では、制御対象の機器として、複数のロボットを例示する。但し、本発明は、制御対象の機器（以下の実施例ではロボット）が１つの場合にも適用することができる。

なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

本発明の実施例１による、機器の制御装置、機器の制御システム、及び機器の制御方法を、図１から図７を参照して説明する。

図１は、本実施例による制御装置１０１の機能ブロック図である。本実施例による制御装置１０１は、主要な構成として、指令生成部１０２と、指令補正部１０３と、周期計算部１０４と、位相計算部１０５と、指令実行時間差取得部１０６と、通信部１０７ａ～１０７ｃを備え、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃを介して複数のロボット１０９ａ～１０９ｃを制御する。図１には、一例として、制御装置１０１が、３台のロボット１０９ａ～１０９ｃを制御する例を示している。

ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃは、制御装置１０１に接続されるとともに、それぞれロボット１０９ａ～１０９ｃに接続され、制御装置１０１からの指令に従ってロボット１０９ａ～１０９ｃを制御する。ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃは、制御装置１０１からの指令を、それぞれロボット１０９ａ～１０９ｃに送信する。

ロボット１０９ａ～１０９ｃは、制御装置１０１の制御対象の機器であり、それぞれロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃを介して制御装置１０１から送信された指令を周期的に実行する。例えば、ロボット１０９ａ～１０９ｃは、制御装置１０１からの指令に従って、それぞれロボット１０９ａ～１０９ｃが備える関節（軸）を駆動させる。なお、以下の説明では、ロボット１０９ａ、ロボット１０９ｂ、及びロボット１０９ｃを、それぞれロボットＡ、ロボットＢ、及びロボットＣと呼ぶこともある。

指令生成部１０２は、ロボット１０９ａ～１０９ｃに対する指令を生成する。指令生成部１０２は、ロボット１０９ａ～１０９ｃが実行すべき動作に基づいて、指令を生成する。ロボット１０９ａ～１０９ｃが実行すべき動作は、例えば、ユーザに指示された動作であり、外部から入力され、制御装置１０１に保存されている。

指令補正部１０３は、指令生成部１０２が生成した指令を、ロボット１０９ａ～１０９ｃの周期と位相に応じて補正する。ロボット１０９ａ～１０９ｃの周期と位相とは、ロボット１０９ａ～１０９ｃがそれぞれ指令を実行する周期と位相のことである。

周期計算部１０４は、各ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行する周期である指令実行周期Ｔを算出する。指令実行周期Ｔの算出には、制御装置１０１が各ロボット１０９ａ～１０９ｃへ指令を送信してから各ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行するまでの時間差（後述する指令実行時間差Δｔ）を用いる。

位相計算部１０５は、各ロボット１０９ａ～１０９ｃの指令実行周期Ｔの基準点（始点）である位相αを算出する。位相αの算出には、後述する指令実行時間差Δｔを用いる。位相αは、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行する開始時点を定める。

指令実行時間差取得部１０６は、制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃへ指令を送信してから各ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行するまでの時間差である指令実行時間差Δｔを取得する。

通信部１０７ａ～１０７ｃは、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃを介してロボット１０９ａ～１０９ｃと通信可能である。通信部１０７ａ～１０７ｃは、それぞれロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃに接続され、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃと通信することで、ロボット１０９ａ～１０９ｃへ指令を送信したり、ロボット１０９ａ～１０９ｃから情報を受信したりする。通信部１０７ａ～１０７ｃは、ロボット１０９ａ～１０９ｃ以外の任意の外部装置に対しても、指令や情報を送受信することができる。

通信部１０７ａ～１０７ｃの数は、制御装置１０１が通信する機器や装置の数に応じて定められる。また、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃの数は、制御装置１０１が制御するロボットの数に応じて定められる。

本実施例による、機器の制御システムは、制御装置１０１と、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃと、ロボット１０９ａ～１０９ｃを備える。ロボット１０９ａ～１０９ｃは、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃを介して、制御装置１０１の通信部１０７ａ～１０７ｃと通信可能であり、制御装置１０１に制御される。

図２は、指令生成部１０２の動作フローの例を示す図である。図２を用いて、指令生成部１０２の動作を説明する。

Ｓ２０１で、指令生成部１０２は、指令（軌道指令）を生成する対象のロボットとロボットの軸（関節）を選択する。指令生成部１０２は、ロボット１０９ａ～１０９ｃのうち、任意のロボットを選択することができ、選択したロボットの任意の軸を選択することができる。以下では、指令を生成する対象のロボット（Ｓ２０１で選択したロボット）を「対象ロボット」と呼ぶ。

Ｓ２０２で、指令生成部１０２は、選択したロボットの軸について、対象ロボットの次に実行すべき動作に従い、現在時刻における軸の軌道指令を生成する。

Ｓ２０３で、指令生成部１０２は、対象ロボットの全ての軸について、軌道指令の生成が完了したか確認する。対象ロボットの全ての軸について軌道指令の生成が完了していない場合には、Ｓ２０４の処理を実行し、完了している場合には、Ｓ２０５の処理を実行する。

Ｓ２０４で、指令生成部１０２は、対象ロボットの、次に軌道指令を生成する軸を選択する。Ｓ２０４の処理を実行したら、Ｓ２０２の処理に戻る。

Ｓ２０５で、指令生成部１０２は、全てのロボット１０９ａ～１０９ｃについて、軌道指令の生成が完了したか確認する。全てのロボット１０９ａ～１０９ｃについて、軌道指令の生成が完了していない場合には、Ｓ２０６の処理を実行する。

Ｓ２０６で、指令生成部１０２は、次に軌道指令を生成する対象のロボット（次の対象ロボット）を選択する。Ｓ２０６の処理を実行したら、Ｓ２０２の処理に戻る。

Ｓ２０５で、指令生成部１０２は、全てのロボット１０９ａ～１０９ｃについて軌道指令の生成が完了していると判断した場合には、動作を終了する。

図３は、指令補正部１０３の動作フローの例を示す図である。図３を用いて、指令補正部１０３の動作を説明する。

Ｓ３０１で、指令補正部１０３は、指令（軌道指令）を補正する対象のロボットとロボットの軸（関節）を選択する。指令補正部１０３は、ロボット１０９ａ～１０９ｃのうち、任意のロボットを選択することができ、選択したロボットの任意の軸を選択することができる。以下では、指令を補正する対象のロボット（Ｓ３０１で選択したロボット）を「対象ロボット」と呼ぶ。

Ｓ３０２で、指令補正部１０３は、対象ロボットについて指令実行周期Ｔと位相αを取得する。指令実行周期Ｔと位相αは、それぞれ周期計算部１０４と位相計算部１０５が算出する。

Ｓ３０３で、指令補正部１０３は、対象ロボットが指令を実行するタイミング（指令実行タイミング）に合わせて軌道指令を補正する。指令補正部１０３は、例えば、時刻についての軌道指令の値を時刻について補間して、次の指令実行タイミングでの軌道指令の値を求める。そして、指令補正部１０３は、求めた、次の指令実行タイミングでの軌道指令の値を軌道指令（補正後の軌道指令）とすることで、軌道指令を補正する。

対象ロボットの次の指令実行タイミングは、対象ロボットの指令実行周期Ｔと位相αから求めることができる。従って、指令補正部１０３は、対象ロボットについて、指令を実行する周期である指令実行周期Ｔと指令を実行する基準点（始点）である位相αがわかると、次の指令実行タイミングを算出することができる。

Ｓ３０４で、指令補正部１０３は、対象ロボットの全ての軸について、軌道指令の補正が完了したか確認する。対象ロボットの全ての軸について軌道指令の補正が完了していない場合には、Ｓ３０５の処理を実行し、完了している場合には、Ｓ３０６の処理を実行する。

Ｓ３０５で、指令補正部１０３は、対象ロボットの、次に軌道指令を補正する軸を選択する。Ｓ３０５の処理を実行したら、Ｓ３０３の処理に戻る。

Ｓ３０６で、指令補正部１０３は、全てのロボット１０９ａ～１０９ｃについて、軌道指令の補正が完了したか確認する。全てのロボット１０９ａ～１０９ｃについて、軌道指令の補正が完了していない場合には、Ｓ３０７の処理を実行する。

Ｓ３０７で、指令補正部１０３は、次に軌道指令を補正するロボット（次の対象ロボット）を選択する。Ｓ３０７の処理を実行したら、Ｓ３０２の処理に戻る。

Ｓ３０６で、指令補正部１０３は、全てのロボット１０９ａ～１０９ｃについて軌道指令の補正が完了していると判断した場合には、動作を終了する。

図４は、周期計算部１０４と位相計算部１０５が計算するロボット１０９ａ～１０９ｃの指令実行周期Ｔと位相αを示すタイムチャートを示す図である。図４を用いて、指令実行周期Ｔと位相αについて説明する。

図４には、制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃに指令を送信するタイミング（指令送信タイミングｔｓ）と、ロボット１０９ａ～１０９ｃ（ロボットＡ～Ｃ）がそれぞれ指令を実行するタイミング（指令実行タイミングｔｅ）を示している。制御装置１０１は、ロボット１０９ａ～１０９ｃのそれぞれに同じタイミング（指令送信タイミングｔｓ）で指令を送信する。ロボット１０９ａは、指令実行タイミングｔｅＡで指令を実行し、ロボット１０９ｂは、指令実行タイミングｔｅＢで指令を実行し、ロボット１０９ｃは、指令実行タイミングｔｅＣで指令を実行する。

通信部１０７ａ～１０７ｃからロボット１０９ａ～１０９ｃへ指令を送信してから、すなわち制御装置１０１が指令を送信してから、ロボット１０９ａ～１０９ｃがそれぞれ指令を実行するまでの時間差（ｔｅ－ｔｓ）を、指令実行時間差Δｔと呼ぶ。図４では、ロボット１０９ａの指令実行時間差ΔｔをΔｔＡ（＝ｔｅＡ－ｔｓ）で示し、ロボット１０９ｂの指令実行時間差ΔｔをΔｔＢ（＝ｔｅＢ－ｔｓ）で示し、ロボット１０９ｃの指令実行時間差ΔｔをΔｔＣ（＝ｔｅＣ－ｔｓ）で示している。

図４には、一例として、ロボット１０９ｂ、１０９ｃ（ロボットＢ、Ｃ）のそれぞれの指令実行周期Ｔｂ、Ｔｃと、ロボット１０９ａ、１０９ｂ（ロボットＡ、Ｂ）のそれぞれの位相αａ、αｂを示している。指令実行周期Ｔは、ロボット１０９ａ～１０９ｃが連続する２つの指令を実行する時間間隔である。位相αは、ロボット１０９ａ～１０９ｃの指令実行周期Ｔの基準点（始点）である。

図４に示すように、制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃのそれぞれに同じタイミング（指令送信タイミングｔｓ）で軌道指令を送信しても、ロボット１０９ａ～１０９ｃは、受信した指令を実行するタイミング（指令実行タイミングｔｅＡ～ｔｅＣ）が互いに異なっている。

ロボット１０９ａ～１０９ｃは、制御装置１０１からの指令を受信し、一定時間ごとに軌道指令を実行する。この一定時間（時間間隔）が指令実行周期Ｔである。

また、ロボット１０９ａ～１０９ｃは、指令実行周期Ｔが互いに同じでも、指令実行タイミングｔｅが互いに異なっていることがある。これは、ロボット１０９ａ～１０９ｃにおいて、それぞれの指令実行周期Ｔの始点が互いに異なっているためである。この指令実行周期Ｔの始点が位相αである。

指令補正部１０３は、ロボット１０９ａ～１０９ｃのそれぞれに対して、指令実行周期Ｔと位相αを用いて次の指令実行タイミングｔｅを算出し、指令生成部１０２が生成した軌道指令を、算出した次の指令実行タイミングｔｅにおいて実行すべき軌道指令に補正する。指令補正部１０３は、指令を実行する時間間隔である指令実行周期Ｔと、指令実行周期Ｔの始点である位相αとから、次の指令実行タイミングｔｅを算出することができる。

なお、周期計算部１０４と位相計算部１０５は、制御装置１０１のキャリブレーションの期間で、各ロボット１０９ａ～１０９ｃ（ロボットＡ～Ｃ）の指令実行周期Ｔと位相αを取得する。指令補正部１０３は、制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃを制御するロボット制御の期間で、指令生成部１０２が生成した指令を補正する。

図５は、指令補正部１０３により補正される軌道指令と、指令補正部１０３が補正した軌道指令の一例を示す図である。図５を用いて、指令補正部１０３が指令を補正する処理を説明する。指令補正部１０３は、図３のＳ３０３の処理で、対象ロボットの次の指令実行タイミングに合わせて、指令を補正する。

図５の左の表は、指令補正部１０３により補正される軌道指令の例を示している。この軌道指令は、指令生成部１０２が生成した指令であり、例えば、時刻（基準時刻ｔ０からの時刻）についての軸の位置を示す値で表される。図５には、一例として、ロボット１０９ａ（ロボットＡ）の軸１と軸２と、ロボット１０９ｃ（ロボットＣ）の軸１０について、それぞれの時刻における角度位置（予め定めた基準位置からの角度）を示している。例えば、ロボットＡの軸１は、時刻１０ｍｓでは２０度の位置にあり、時刻２０ｍｓでは１０度の位置にあるという軌道指令の例を、図５の左の表に示している。

図５の右の表は、指令補正部１０３が補正した軌道指令の例を示している。図５には、一例として、ロボットＡの軸１と軸２と軸１０について、時刻１２ｍｓにおける角度位置を示している。例えば、ロボットＡの軸１は、時刻１２ｍｓでは１８度の位置にあるというように補正された軌道指令の例を、図５の右の表に示している。なお、時刻１２ｍｓは、次の指令実行タイミングｔｅの例であり、例えば、位相αが基準時刻ｔ０から４ｍｓであり、指令実行周期Ｔが８ｍｓである場合に、位相αと指令実行周期Ｔの和（＝４ｍｓ＋８ｍｓ）として得られる。

指令補正部１０３は、例えば、指令生成部１０２が生成した指令の値を時刻について補間することで、指令生成部１０２が生成した指令を補正する。指令補正部１０３は、上述したように、指令実行周期Ｔと位相αを用いて、次の指令実行タイミングｔｅを算出する。指令補正部１０３は、次の指令実行タイミングｔｅから、指令生成部１０２が生成した指令のうちどの２つの時刻（図５の例では時刻１０ｍｓと２０ｍｓ）の指令を補間し、どの時刻（図５の例では時刻１２ｍｓ）における指令（角度位置）を求めるかを決めることができる。すなわち、指令補正部１０３は、次に実行する動作の指令について、その指令の指令実行タイミングｔｅを指令実行周期Ｔと位相αを用いて導出し、指令実行タイミングｔｅからその指令がどの２つの時刻の間にあるかを求め、求めた２つの時刻の指令を時刻について補間することで、指令を補正する。

指令補正部１０３は、例えば線形補間やスプライン補間などの任意の補間方法を用いて、指令の値を時刻について補間することで指令を補正し、補正された指令を求めることができる。

既に述べたように、ロボット１０９ａ～１０９ｃは、指令送信タイミングｔｓが同じでも、指令実行タイミングｔｅＡ～ｔｅＣが互いに異なる。ロボット１０９ａ～１０９ｃにおいて、指令実行タイミングｔｅＡ～ｔｅＣを同期させること（一致させること）は、一般に困難である。

本実施例では、次の指令実行タイミングｔｅＡ～ｔｅＣに合わせて指令を補正することで、指令実行タイミングｔｅＡ～ｔｅＣを同期させるのではなく、ロボット１０９ａ～１０９ｃの動作を同期させる。このため、ロボット１０９ａ～１０９ｃは、指令実行タイミングｔｅＡ～ｔｅＣが互いに異なっていても、互いに一致した動作を実行することができ、動作を同期させることができる。この指令の補正は、ロボット１０９ａ～１０９ｃの指令実行タイミングｔｅＡ～ｔｅＣを基にした補正であるので、ロボット１０９ａ～１０９ｃの指令実行タイミングｔｅＡ～ｔｅＣの差が考慮されており、ロボット１０９ａ～１０９ｃの動作を同期させることができる補正である。

図６は、指令実行時間差Δｔと指令実行周期Ｔと位相αを計算する際に用いる要素を示すタイムチャートを示す図である。図６を用いて、指令実行時間差Δｔと、指令実行周期Ｔと位相αの算出方法について説明する。指令実行時間差Δｔは、指令実行時間差取得部１０６が算出し、指令実行周期Ｔは、周期計算部１０４が算出し、位相αは、位相計算部１０５が算出する。

図６には、一例として、ロボット１０９ａ（ロボットＡ）について、指令実行周期Ｔａ、位相αａ、指令実行タイミングｔｅＡ、及び指令実行時間差ΔｔＡを示している。制御装置１０１は、ロボット１０９ａ～１０９ｃに周期的に指令を送信する。制御装置１０１が１回目に指令を送信してからロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行するまでの時間差を指令実行時間差Δｔ＿１と表し、制御装置１０１が２回目に指令を送信してからロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行するまでの時間差を指令実行時間差Δｔ＿２と表す。図６では、ロボット１０９ａについての指令実行時間差Δｔ＿１と指令実行時間差Δｔ＿２が、指令実行時間差ΔｔＡ＿１と指令実行時間差ΔｔＡ＿２としてそれぞれ表されている。

指令実行時間差取得部１０６は、制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃへ指令を送信してから、ロボット１０９ａ～１０９ｃがそれぞれ指令を実行するまでの時間を取得する。具体的には、指令実行時間差取得部１０６は、通信部１０７ａ～１０７ｃから、制御装置１０１が指令を送信した時刻（指令送信タイミングｔｓ）と、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時刻（指令実行タイミングｔｅ）を受信し記録する。そして、指令実行時間差取得部１０６は、これらの時刻の差から指令実行時間差Δｔ（＝ｔｅ－ｔｓ）を算出し、指令実行時間差Δｔを周期計算部１０４と位相計算部１０５へ出力する。

さらに、図６には、制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃに指令を送信する周期（指令送信周期command_period）と、予め任意に定めた基準時刻ｔ０と制御装置１０１の指令送信タイミングｔｓとの差（指令送信時間差command_diff）を示している。

周期計算部１０４は、例えば、指令送信周期command_periodと指令実行時間差Δｔ＿１と指令実行時間差Δｔ＿２を用いて下記の式（１）に従い、各ロボット１０９ａ～１０９ｃの指令実行周期Ｔを算出する。

指令実行周期Ｔ＝ command_period
－（Δｔ＿１％（command_period×（Δｔ＿１／command_period）））
＋Δｔ＿２ （１）
なお、式（１）は、変数を整数で表した場合（整数型変数で演算をする場合）の例であり、演算子「／」は、商の小数点以下を切り捨てる除算を表し、演算子「％」は、除算の剰余を求める演算を表している。

式（１）は、サンプリングに用いる指令送信周期command_periodに対して指令実行周期Ｔが倍以上異なる場合を加味して構成されており、指令実行時間差Δｔ＿１を指令送信周期command_periodで割った剰余を用いている。なお、制御装置１０１は、２回目の指令を、指令実行タイミングｔｅが返ってきてから、指令実行周期Ｔに従って送信する。なお、式（１）において、演算子「／」と「％」で表される演算の分母となる値が０になる場合には、エラーの発生を避けるため、この演算を削除するか分母となる値を１に置き換えた式で計算する。

位相計算部１０５は、例えば指令送信時間差command_diffと指令実行時間差Δｔ＿１と指令実行周期Ｔを用いて下記の式（２）に従い、各ロボット１０９ａ～１０９ｃの位相αを算出する。

位相α＝（command_diff＋Δｔ＿１）％Ｔ （２）
式（２）は、式（１）と同様に、変数を整数で表した場合の例であり、演算子「％」は、除算の剰余を求める演算を表している。

位相αは、指令実行周期Ｔを用いて算出される。位相計算部１０５は、周期計算部１０４が算出した指令実行周期Ｔを入力して、位相αを算出してもよい。式（２）において、演算子「％」で表される演算の分母となる値が０になる場合には、この演算を削除するか分母となる値を１に置き換えた式で計算する。

なお、図５の右の表に示した、補正された軌道指令（時刻１２ｍｓでの軌道指令）は、command_diffが０ｍｓであってcommand_periodが１０ｍｓである場合の例であり、時刻が（command_diff＋command_period）以降の指令実行タイミングｔｅは、位相α（４ｍｓ）と指令実行周期Ｔ（８ｍｓ）の和となる。すなわち、時刻が１０ｍｓ以降の指令実行タイミングｔｅは、時刻１２ｍｓである。従って、次の指令実行タイミングｔｅは、制御装置１０１がロボット１０９ａ（ロボットＡ）に指令を送信するタイミング（１０ｍｓ）から２ｍｓ後のタイミング（１２ｍｓ）である。

図７は、図１に示した通信部１０７ａ～１０７ｃの動作フローの例を示す図である。図７を用いて、通信部１０７ａ～１０７ｃの動作を説明する。

通信部１０７ａ～１０７ｃは、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃを介してロボット１０９ａ～１０９ｃと通信可能であり、ロボット１０９ａ～１０９ｃへの指令を制御装置１０１からロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃに送信する機能と、指令に対するロボット１０９ａ～１０９ｃの応答などの情報をロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃから受信する機能を備える。

Ｓ７０１で、通信部１０７ａ～１０７ｃは、通信が制御装置１０１からの指令の送信か否かを判断する。指令の送信である場合には、Ｓ７０２の処理を実行する。指令の送信でなく、応答を受信する場合には、Ｓ７０４の処理を実行する。

Ｓ７０２で、通信部１０７ａ～１０７ｃは、送信する指令を基にパケットを生成する。

Ｓ７０３で、通信部１０７ａ～１０７ｃは、Ｓ７０２で生成したパケットを送信する。

Ｓ７０４で、通信部１０７ａ～１０７ｃは、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃを介してロボット１０９ａ～１０９ｃから受信したパケットを取得する。

Ｓ７０５で、通信部１０７ａ～１０７ｃは、Ｓ７０４で取得したパケットを解析し、パケットを解析して得られた情報を指令実行時間差取得部１０６へ出力する。指令実行時間差取得部１０６は、通信部１０７ａ～１０７ｃがロボット１０９ａ～１０９ｃから得た情報を用いて指令実行時間差Δｔを求めることができる。

指令実行時間差取得部１０６は、指令実行時間差Δｔを求めるときに、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間（時刻）を、以下に示す方法などの任意の方法で求めることができる。

ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間は、例えば、ロボット１０９ａ～１０９ｃの動作を伴わずに、ロボット１０９ａ～１０９ｃからのメッセージを求める方法で求めることができる。この方法は、制御装置１０１のキャリブレーションの期間において、通信部１０７ａ～１０７ｃが、ロボット１０９ａ～１０９ｃに指令を送信してロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を認識したことの応答（メッセージ）を受信したときを、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間とみなす方法である。ロボット１０９ａ～１０９ｃは、通信部１０７ａ～１０７ｃから指令を受信したら、指令を認識したことの応答（メッセージ）を通信部１０７ａ～１０７ｃに送信する。

また、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間は、例えば、ロボット１０９ａ～１０９ｃが動作の前に現在の状況をメッセージで返す方法で求めることができる。この方法は、ロボット１０９ａ～１０９ｃが動作を実行する前に、これから動作を実行するという情報や現在時刻などの任意の情報を現在の状況として送信し、通信部１０７ａ～１０７ｃがこのような情報を含むメッセージを受信したときを、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間とみなす方法である。

また、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間は、例えば、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を受け取ってから指令を実行するまでの時間差をロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃが保存しておく方法や、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時刻をロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃが記録しておく方法でも求めることができる。指令実行時間差取得部１０６は、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃから、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃが保存した時間差や記録した指令実行時刻を取得することで、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間を求めることができる。

また、指令補正部１０３は、１回の指令実行周期Ｔだけ後の指令実行タイミングｔｅを算出してもよく、複数回の指令実行周期Ｔだけ後の指令実行タイミングｔｅを算出してもよい。すなわち、指令補正部１０３は、１回または複数回の指令実行周期Ｔだけ後の指令実行タイミングｔｅを算出し、算出したこの指令実行タイミングｔｅでの指令の値を求めることで指令を補正することができる。なお、ロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃは、複数の指令実行タイミングｔｅでの指令を受信できるように、複数の指令を保存することができるバッファを備えるのが好ましい。

以上説明したように、本実施例による制御装置１０１は、指令実行タイミングｔｅが互いに異なる複数のロボット１０９ａ～１０９ｃに対して、ロボット１０９ａ～１０９ｃの間の指令実行タイミングｔｅの差を吸収して、それぞれのロボット１０９ａ～１０９ｃの動作を同期させることができる。

また、本実施例による制御装置１０１は、制御対象のロボットが１台の場合にも適用可能である。制御対象のロボットが１台の場合では、指令送信タイミングｔｓと指令実行タイミングｔｅの差である指令実行時間差Δｔを加味して軌道指令を補正することにより、理想の動作と実際の動作の乖離を無くすことができる。

図８を参照して、本発明の実施例２による制御装置１０１について説明する。

図８は、本実施例による制御装置１０１の機能ブロック図である。本実施例による制御装置１０１は、実施例１による制御装置１０１（図１）と同様の構成を備えるが、センサ通信部８０２とセンサ値解析部８０３を備える点が実施例１による制御装置１０１と異なる。以下では、本実施例による制御装置１０１について、実施例１による制御装置１０１と異なる点を主に説明する。

制御装置１０１の制御対象の機器であるロボット１０９ａ～１０９ｃは、センサ８０１を備える。センサ８０１は、ロボット１０９ａ～１０９ｃの各軸に設置されており、各軸の動きを記録する任意のセンサで構成することができる。

センサ通信部８０２は、ロボット１０９ａ～１０９ｃが備えるセンサ８０１と接続されている。センサ通信部８０２は、センサ８０１と通信し、センサ８０１が記録したセンサ値を取得する。

センサ値解析部８０３は、センサ通信部８０２からセンサ値を取得し、このセンサ値から、各ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間（時刻）を解析して求め、求めた時間を指令実行時間差取得部１０６へ出力する。例えば、センサ値解析部８０３は、センサ値からロボット１０９ａ～１０９ｃの軸が動いた時刻を求め、この時刻をロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間とすることができる。

本実施例による制御装置１０１は、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令実行時刻を返さない場合や、指令実行時刻の取得方法がロボット１０９ａ～１０９ｃにより異なる場合でも、より正確にロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間（時刻）を取得することができる。

図９を参照して、本発明の実施例３による制御装置１０１について説明する。

図９は、本実施例による制御装置１０１の機能ブロック図である。本実施例による制御装置１０１は、実施例１による制御装置１０１（図１）と同様の構成を備えるが、カメラ通信部９０２と画像解析部９０３を備える点が実施例１による制御装置１０１と異なる。以下では、本実施例による制御装置１０１について、実施例１による制御装置１０１と異なる点を主に説明する。

制御装置１０１の制御対象の機器であるロボット１０９ａ～１０９ｃは、カメラ９０１により撮影される。カメラ９０１は、ロボット１０９ａ～１０９ｃを撮影するように設置されている。カメラ９０１は、ロボット１０９ａ～１０９ｃの各軸の動きを記録する任意のカメラ、例えば、１０００ｆｐｓなどの高フレームレートのカメラで構成することができる。本実施例による、機器の制御システムは、カメラ９０１を備えることができる。

カメラ通信部９０２は、カメラ９０１と接続されている。カメラ通信部９０２は、カメラ９０１と通信し、カメラ９０１が撮影した画像の情報を取得する。

画像解析部９０３は、カメラ通信部９０２から画像の情報を取得し、この画像情報から、各ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間（時刻）を解析して求め、求めた時間を指令実行時間差取得部１０６へ出力する。例えば、画像解析部９０３は、画像情報からロボット１０９ａ～１０９ｃの軸が動いた時刻を求め、この時刻をロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間とすることができる。

本実施例による制御装置１０１は、ロボット１０９ａ～１０９ｃが指令実行時刻を返さない場合や、指令実行時刻の取得方法がロボット１０９ａ～１０９ｃにより異なる場合でも、より正確にロボット１０９ａ～１０９ｃが指令を実行した時間（時刻）を取得することができる。また、軸が動いた時刻を求めるためにロボット１０９ａ～１０９ｃにセンサを取り付ける必要がないので、ロボット１０９ａ～１０９ｃの交換や修理を容易に実施できる。

図１０と図１１を参照して、本発明の実施例４による制御装置１０１について説明する。

図１０は、本実施例による制御装置１０１の機能ブロック図である。本実施例による制御装置１０１は、実施例１による制御装置１０１（図１）と同様の構成を備えるが、算出値更新部１００１を備える点が実施例１による制御装置１０１と異なる。以下では、本実施例による制御装置１０１について、実施例１による制御装置１０１と異なる点を主に説明する。

図１１は、算出値更新部１００１の機能ブロック図である。算出値更新部１００１は、周期保持部１１０１と、位相保持部１１０２と、カウンタ１１０３と、中央値計算部１１０４を備える。

周期保持部１１０１は、周期計算部１０４が算出した、各ロボット１０９ａ～１０９ｃの指令実行周期Ｔを保持する。周期計算部１０４は、制御装置１０１が指令を送信するたびに指令実行周期Ｔを算出する。周期保持部１１０１は、このようにして周期計算部１０４が複数回算出した指令実行周期Ｔ、すなわち複数の指令実行周期Ｔを保持している。

位相保持部１１０２は、位相計算部１０５が算出した、各ロボット１０９ａ～１０９ｃの位相αを保持する。位相計算部１０５は、制御装置１０１が指令を送信するたびに位相αを算出する。位相保持部１１０２は、このようにして位相計算部１０５が複数回算出した位相α、すなわち複数の位相αを保持している。

カウンタ１１０３は、周期計算部１０４が指令実行周期Ｔを算出した回数と、位相計算部１０５が位相αを算出した回数を記録する。すなわち、カウンタ１１０３は、周期保持部１１０１が保持する指令実行周期Ｔの数と、位相保持部１１０２が保持する位相αの数を記録する。カウンタ１１０３は、指令実行周期Ｔと位相αの数が予め定めた一定回数に到達したら、すなわち制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃと予め定めた一定回数だけ通信したら、この旨の通知を中央値計算部１１０４へ送信し、記録した指令実行周期Ｔと位相αの数をクリアする。カウンタ１１０３は、指令実行周期Ｔと位相αの数が一定回数に到達するごとに、すなわち制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃと一定回数だけ通信するごとに、中央値計算部１１０４へ上記の通知を送信する。

中央値計算部１１０４は、カウンタ１１０３から通知を受けたら、指令実行周期Ｔと位相αの中央値を算出する。すなわち、中央値計算部１１０４は、カウンタ１１０３から通知を受けたら、周期保持部１１０１が保持する複数の指令実行周期Ｔを周期保持部１１０１から受け取るとともに、位相保持部１１０２が保持する複数の位相αを位相保持部１１０２から受け取り、複数の指令実行周期Ｔの中央値と複数の位相αの中央値を算出する。そして、中央値計算部１１０４は、算出した指令実行周期Ｔの中央値と位相αの中央値を指令補正部１０３へ出力する。

中央値計算部１１０４は、指令実行周期Ｔと位相αの両方の中央値ではなく、いずれかう一方の中央値を算出し、指令補正部１０３へ出力してもよい。また、中央値計算部１１０４は、指令実行周期Ｔと位相αの中央値ではなく、指令実行周期Ｔと位相αの平均値を算出し、指令補正部１０３へ出力してもよい。

本実施例による制御装置１０１では、算出値更新部１００１は、制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃと予め定めた一定回数だけ通信するごとに、指令実行周期Ｔと位相αの中央値（または平均値）を算出する。指令補正部１０３は、算出値更新部１００１から受け取った指令実行周期Ｔと位相αを用いて、指令生成部１０２が生成した指令を補正する。すなわち、指令補正部１０３は、制御装置１０１がロボット１０９ａ～１０９ｃと予め定めた一定回数だけ通信するごとに、補正に用いる指令実行周期Ｔと位相αを更新することで、指令の補正値を定期的に更新する。

本実施例による制御装置１０１は、以上説明したように指令の補正を一定の通信回数ごとに更新することで、ロボット１０９ａ～１０９ｃ（またはロボットコントローラ１０８ａ～１０８ｃ）のタイマに時刻のずれが生じても、ロボット１０９ａ～１０９ｃに理想通りの動作を継続的に実施させることができる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１０１…制御装置、１０２…指令生成部、１０３…指令補正部、１０４…周期計算部、１０５…位相計算部、１０６…指令実行時間差取得部、１０７ａ～１０７ｃ…通信部、１０８ａ～１０８ｃ…ロボットコントローラ、１０９ａ～１０９ｃ…ロボット、８０１…センサ、８０２…センサ通信部、８０３…センサ値解析部、９０１…カメラ、９０２…カメラ通信部、９０３…画像解析部、１００１…算出値更新部、１１０１…周期保持部、１１０２…位相保持部、１１０３…カウンタ、１１０４…中央値計算部、ｔ０…基準時刻、ｔｓ…指令送信タイミング、ｔｅ、ｔｅＡ～ｔｅＣ…指令実行タイミング、Ｔ、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ…指令実行周期、Δｔ、Δｔ＿１、Δｔ＿２、ΔｔＡ、ΔｔＡ＿１、ΔｔＡ＿２、ΔｔＢ、ΔｔＣ…指令実行時間差、α、αａ、αｂ…位相、command_period…指令送信周期、command_diff…指令送信時間差。

Claims (12)

1. １つ以上の機器と通信可能な通信部と、
   前記機器に対する指令を生成する指令生成部と、
   前記通信部から前記機器へ前記指令を送信してから前記機器が前記指令を実行するまでの時間差である指令実行時間差を取得する指令実行時間差取得部と、
   前記指令実行時間差を用いて、前記機器が前記指令を実行する周期である指令実行周期を算出する周期計算部と、
   前記指令実行時間差を用いて、前記機器の前記指令実行周期の基準点である位相を算出する位相計算部と、
   前記指令実行周期と前記位相から、前記機器が前記指令を実行するタイミングである指令実行タイミングを算出し、次の前記指令実行タイミングでの指令の値を求めることで、前記指令を補正する指令補正部と、
   を備えることを特徴とする、機器の制御装置。
2. 前記周期計算部は、前記機器に前記指令を送信する周期である指令送信周期と、前記指令実行時間差を用いて、前記指令実行周期を算出する、
   請求項１に記載の、機器の制御装置。
3. 前記位相計算部は、予め定めた基準時刻と指令を送信した時刻との差である指令送信時間差と、前記指令実行時間差と、前記指令実行周期を用いて、前記位相を算出する、
   請求項１に記載の、機器の制御装置。
4. 前記指令実行時間差取得部は、前記指令実行時間差を取得するときに、前記機器からのメッセージを受信したときを、前記機器が前記指令を実行した時間とみなす、
   請求項１に記載の、機器の制御装置。
5. 前記指令実行時間差取得部は、前記指令実行時間差を取得するときに、前記機器が前記指令を受け取ってから前記指令を実行するまでの時間差を前記機器から取得することで、前記機器が前記指令を実行した時間を求める、
   請求項１に記載の、機器の制御装置。
6. 前記指令実行時間差取得部は、前記指令実行時間差を取得するときに、前記機器が前記指令を実行した時刻を前記機器から取得することで、前記機器が前記指令を実行した時間を求める、
   請求項１に記載の、機器の制御装置。
7. 前記指令実行時間差取得部は、前記指令実行時間差を取得するときに、前記機器に設置されたセンサが記録した値を取得することで、前記機器が前記指令を実行した時間を求める、
   請求項１に記載の、機器の制御装置。
8. 前記指令実行時間差取得部は、前記指令実行時間差を取得するときに、前記機器を撮影するカメラが撮影した画像の情報を取得することで、前記機器が前記指令を実行した時間を求める、
   請求項１に記載の、機器の制御装置。
9. 前記指令補正部は、前記制御装置が前記機器と予め定めた一定回数だけ通信するごとに、前記指令実行周期と前記位相を更新する、
   請求項１に記載の、機器の制御装置。
10. 前記指令補正部は、複数回の前記指令実行周期だけ後の前記指令実行タイミングを算出し、この指令実行タイミングでの指令の値を求めて前記指令を補正する、
    請求項１に記載の、機器の制御装置。
11. 請求項１に記載の制御装置と、
    前記制御装置に制御され、前記制御装置が備える前記通信部と通信可能な１つ以上の機器と、
    を備えることを特徴とする、機器の制御システム。
12. １つ以上の機器と通信可能な通信部を備える制御装置に実行され、
    前記機器に対する指令を生成する指令生成ステップと、
    前記通信部から前記機器へ前記指令を送信してから前記機器が前記指令を実行するまでの時間差である指令実行時間差を取得する指令実行時間差取得ステップと、
    前記指令実行時間差を用いて、前記機器が前記指令を実行する周期である指令実行周期を算出する周期計算ステップと、
    前記指令実行時間差を用いて、前記機器の前記指令実行周期の基準点である位相を算出する位相計算ステップと、
    前記指令実行周期と前記位相から、前記機器が前記指令を実行するタイミングである指令実行タイミングを算出し、次の前記指令実行タイミングでの指令の値を求めることで、前記指令を補正する指令補正ステップと、
    を有することを特徴とする、機器の制御方法。

Images