JP2023529220A - 汎用コンピュータを用いたロボット制御システム - Google Patents

Abstract

本発明に係る汎用コンピュータを用いたロボット制御システムは、ロボットコントローラ、データ伝送モジュール、サーボ駆動モジュール、セーフティユニット、ティーチングペンダントおよび電源モジュールを含む。サーボ駆動モジュールはデータ伝送モジュールを介してロボットコントローラに接続され、ロボットコントローラからの動作命令を受け付けてロボットの動作を駆動する。セーフティユニットは，データ伝送モジュールを介してロボットコントローラおよびサーボ駆動モジュールのそれぞれに接続され、入力異常信号または故障信号を受け付けた場合、サーボ駆動モジュールの出力をオフにし、入力異常信号または故障信号をロボットコントローラに送信する。ティーチングペンダントは、ロボットコントローラからの端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付けるとともに、第２制御インタラクティブ信号をロボットコントローラに送信することによりロボットコントローラの動作を制御する。電源モジュールは、ロボットコントローラおよびセーフティユニットのそれぞれに電気的に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、産業用コンピュータの技術分野に関し、特に、汎用コンピュータを用いたロボット制御システムに関する。

産業オートメーションの進展に伴い、ほとんどの生産ラインが自動化され、異なる応用シーンに応じてさまざまな産業用ロボットが異なる生産ラインで使用されるようになり、多くの人手や資金が節約され、作業効率も大幅に改善された。ロボットの応用範囲が次第に拡大され、その知能化も絶えずに進化し、ロボット内部のデータ処理能力および外部入力への応答能力ともに向上されつつある。しかしながら、知能化の進化は、ロボット内部のデータ通信能力や通信コストを大きく圧迫している。

さらに、産業用ロボットにとっていえば、安全が第１である。既存の産業用ロボット制御システムにおいて、セーフティロジックは主にロボット制御盤内の個別モジュール（すなわち、セーフティユニット）により実現され、たとえば、外部から非常停止信号が入力された場合やティーチングペンダントから非常停止信号が入力された場合、セーフティユニットは安全信号を出力することによりサーボ駆動モジュールの出力をオフにして、ロボットの動作を非常停止させ、安全を確保している。このような既存のロジック制御において、セーフティロジックの制御はすべて個別モジュールであるセーフティユニットにより行われている。しかしながら、セーフティユニットや安全信号を伝送する安全回路が故障した場合、このような制御方法は完全に失敗し、ロボットは非常停止信号に応答して停止することができなくなる。そのため、安全レベルが低いという問題がある。

本発明は、既存のロボット制御システムのハードウェア依存度が高く、拡張性が低く、コストが高い問題を解決するためになされたものであり、汎用コンピュータを用いたロボット制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る汎用コンピュータを用いたロボット制御システムは、
ロボットコントローラと、
データ伝送モジュールと、
前記データ伝送モジュールを介して前記ロボットコントローラに接続され、前記ロボットコントローラからの動作命令を受け付けてロボットの動作を駆動する、サーボ駆動モジュールと、
前記データ伝送モジュールを介して前記ロボットコントローラおよび前記サーボ駆動モジュールのそれぞれに接続され、入力異常信号または故障信号を受け付けた場合、前記サーボ駆動モジュールの出力をオフにし、前記入力異常信号または前記故障信号を前記ロボットコントローラに送信する、セーフティユニットと、
前記ロボットコントローラからの端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付けるとともに、第２制御インタラクティブ信号を前記ロボットコントローラに送信することにより前記ロボットコントローラの動作を制御する、ティーチングペンダントと、
前記ロボットコントローラおよび前記セーフティユニットのそれぞれに電気的に接続されている、電源モジュールと、
を含む。

本発明の一実施形態によれば、前記セーフティユニット、前記サーボ駆動モジュールおよび前記データ伝送モジュールにおけるバス伝送マスタは相互に接続されており、前記セーフティユニットと前記バス伝送マスタは互いにモニタリングし、前記セーフティユニットと前記サーボ駆動モジュールとの間には第１安全回路が設けられ、前記バス伝送マスタと前記サーボ駆動モジュールとの間には第２安全回路が設けられ、
前記セーフティユニットが、入力異常信号を受け付けし、前記バス伝送マスタの故障または自己故障を検出した場合、前記第１安全回路内において第１安全制御信号を生成することにより前記サーボ駆動モジュールの出力をオフでき、
前記バス伝送マスタが、前記セーフティユニットからの入力異常信号を受け付けし、自己故障または前記セーフティユニットの故障を検出した場合、前記第２安全回路内において第２安全制御信号を生成することにより前記サーボ駆動モジュールの出力をオフできる。

本発明の実施形態によれば、前記ロボットコントローラ内のリアルタイム操作モジュールは、バス伝送マスタに接続されており、リアルタイム操作モジュールに故障が発生した場合、
バス伝送マスタは、第１安全回路を介して第１安全制御信号を出力することによりサーボ駆動モジュールの出力をオフにするとともに、リアルタイム操作モジュールの故障信号をセーフティユニットに出力し、
セーフティユニットは、第２安全回路を介して第２安全制御信号を出力することにより、サーボ駆動モジュールの出力をオフにする。

本発明の実施形態によれば、前記ロボットコントローラは、非リアルタイム操作モジュールをさらに含み、非リアルタイム操作モジュールに故障が発生した場合、リアルタイム操作モジュールは非リアルタイム操作モジュールの故障信号を取得してバス伝送マスタに出力し、バス伝送マスタは第1安全回路および第2安全回路を介してサーボ駆動モジュールの出力をオフにする。

本発明の実施形態によれば、前記ロボットコントローラは、リアルタイム操作モジュールおよび非リアルタイム操作モジュールが共有する格納ジュールをさらに含み、両者は共有の格納モジュールを介してそれぞれ相手のハートビート信号を取得することにより相手の状態をモニタリングする。

本発明の実施形態によれば、非リアルタイム操作モジュールはセーフティユニットに接続され、セーフティユニットが非リアルタイム操作モジュールの状態をモニタリングし、
リアルタイム操作モジュールに故障が発生した場合、非リアルタイム操作モジュールがセーフティユニットに故障信号を出力し、セーフティユニットが第１安全制御信号を出力することによりサーボ駆動モジュールの出力をオフにし、
非リアルタイム操作モジュールに故障が発生した場合、セーフティユニットは故障信号をモニタリングし、第１安全制御信号を出力することによりサーボ駆動モジュールの出力をオフにする。

本発明の実施形態によれば、セーフティユニットが入力異常信号を受け付けた場合、入力異常信号を非リアルタイム操作モジュールに送信し、非リアルタイム操作モジュールは、格納モジュールを介して入力異常信号をリアルタイム操作モジュールに送信し、リアルタイム操作モジュールによってバス伝送マスタが第２安全制御信号を出力してサーボ駆動モジュールの出力をオフにする。

本発明の一実施形態によれば、前記電源モジュールは、
電力変換回路と、
前記電力変換回路の出力に接続され、前記ロボットコントローラに電力を供給する、コントローラ電源モジュールと、
前記電力変換回路に接続され、電力変換回路の入力電圧を検出し、メイン回路がパワーダウンされ、電力変換回路の入力電圧が設定閾値より低い場合、停電保護機能付き電源が停電トリガ信号を出力することによりロボットコントローラがパワーダウン貯蓄する、ネットワーク電圧検出モジュールと、
コントローラ電源モジュールに接続され、電力変換回路の正常動作時にエネルギーを貯蔵し、電力変換回路の入力電圧が設定閾値より低い場合、コントローラ電源モジュールが正常に動作できるようにエネルギーを出力することによりコントローラ電源モジュールがロボットコントローラに電力を供給してデータの保存を完了できるようにする、蓄電モジュールと、を含む。

本発明の実施形態によれば、前記蓄電モジュールは、電力変換回路の正負母線の間に接続されたコンデンサを含み、電力変換回路が正常に電力供給されている場合にはコンデンサを充電し、電力変換回路の入力電圧が設定閾値より低い場合、コンデンサはコントローラ電源モジュールが正常動作できるようにエネルギーを放電する。

本発明の実施形態によれば、前記電源モジュールは、コントローラ電源モジュールの出力端を跨って接続された出力コンデンサをさらに含み、出力コンデンサは、電力変換回路の正常動作の場合にはエネルギーを貯蔵し、電力変換回路の入力電圧が設定閾値よりも低い場合にはエネルギーを放電し、放電されたエネルギーは蓄電モジュールの出力エネルギーと重畳されてロボットコントローラに出力される。

本発明の実施形態によれば、電源タイミング管理ユニットをさらに含み、前記電源タイミング管理ユニットは、
パワーダウンした後、メイン回路が再度パワーアップされる際、電源モジュールの出力状態を判断する、電源判定モジュールと、
前記電源モジュールが停電保護出力にある場合、前記ロボットコントローラがシャットダウンされたか否かを判断する、コントローラ判定モジュールと、
ロボットコントローラがシャットダウンされた場合、操作モジュールを再起動するためのパワーアップトリガ信号をロボットコントローラに出力し、ロボットコントローラがシャットダウンされていない場合、ロボットコントローラ内のティーチングペンダントプログラムの状態またはロボットコントローラマザーボードのパワーダウン信号をリアルタイムにモニタリングする、タイミング制御モジュールと、
を含み、
ティーチングペンダントプログラムがパワーダウンしたことをモニタリングした場合、ロボットコントローラを所定時間ディレイさせてシャットダウンし、ディレイ終了時にロボットコントローラにパワーアップトリガ信号を出力して操作モジュールを再起動させ、
または、ロボットコントローラのマザーボードからパワーダウン信号を受け付けた場合、ロボットコントローラにパワーアップトリガ信号を出力し、操作モジュールを再起動させる。

本発明の実施形態によれば、電源モジュールが停電保護出力してあり、かつ、ロボットコントローラがまだシャットダウンされていない場合、タイミング制御モジュールは、ロボットコントローラ内のティーチングペンダントプログラムから出力されるハートビート信号を所定間隔をおいてモニタリングおよび確認し、ハートビート信号が予め設定した間隔内に受け付けされない場合、ティーチングペンダントプログラムがパワーダウンしたと判定される。

本発明の実施形態によれば、ロボットコントローラがシャットダウンされた場合、タイミング制御モジュールは、電源モジュールとロボットコントローラとの間の通路を切り離した後に再び閉じて、ロボットコントローラに立ち上がりエッジを有するパワーアップトリガ信号を供する。

本発明の実施形態によれば、電電源タイミング管理ユニットは、メイン回路がパワーダウンした場合、停電保護出力状態となり、ロボットコントローラに停電トリガ信号を出力して、ロボットコントローラがパワーダウン貯蓄を行うようにする。

本発明の一実施形態に係るティーチングペンダントは、
ロボットコントローラによって送信された端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付ける、受信モジュールと、
受け付けた端末ビデオ信号をティーチングペンダントに表示し、受け付けた第１制御インタラクティブ信号に応答して、第１制御インタラクティブ信号内の情報をティーチングペンダント上の対応する表示領域に表示する、ディスプレイモジュールと、
ティーチングペンダントのパネルから入力された信号または他の端末から入力された信号を取得し、第２制御インタラクティブ信号を生成する、入力信号取得モジュールと、
前記ロボットコントローラの動作を制御するために、前記ロボットコントローラに第２制御インタラクティブ信号を送信する、送信モジュールと、
を含む。

本発明の実施形態によれば、前記ティーチングペンダントは、さらに、
前記受信モジュールに電気的に接続され、前記受信モジュールから出力された前記端末ビデオ信号および前記第１制御インタラクティブ信号を符号化して前記表示モジュールに出力する、復号化モジュールと、
前記入力信号取得モジュールに電気的に接続され、前記第２制御インタラクティブ信号を符号化して前記送信モジュールに出力する、符号化モジュールと、
を含む。

本発明の実施形態によれば、前記データ送信モジュールは、
ロボットコントローラに接続されるバス伝送マスタであって、ロボットコントローラがバス伝送マスタを介して複数の駆動モジュールに接続されてロボットの動作状態を制御する、バス伝送マスタと、
バス伝送マスタを介してロボットコントローラに接続され、第１種信号を伝送する第１インタフェースモジュールと、
ロボットコントローラに接続され、第２種信号を送信する、第２インタフェースモジュールと、
を含み、
第１インタフェースモジュールは、第２インタフェースモジュールよりも伝送速度が速く、ロボットコントローラは、第２種信号よりも第１種信号に対して高い応答レベルを有する。

本発明の実施形態によれば、バス伝送通信ネットワークはＥｔｈｅｒＣＡＴネットワークであり、バス伝送マスタはＥｔｈｅｒＣＡＴマスタであり、第１インタフェースモジュールおよび複数の駆動モジュールはバス伝送マスタのＥｔｈｅｒＣＡＴスレーブとして用いられる。

本発明の実施形態によれば、ロボットコントローラは、マスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法を用いてサーボ駆動モジュールを制御し、前記マスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法は、
ロボットのジョブプログラム命令を読み出すステップと、
読み込んだ命令を解析して、各ロボットの番号情報、現在の動作情報および各ロボットのマスタ・スレーブ関係を特徴付ける現在のマスタ・スレーブ関係情報を取得するステップと、
解析により取得された各ロボットの番号情報、現在の動作情報および現在のマスタ・スレーブ情報に基づいて、動作パラメータプロファイルから各ロボットの対応する動作パラメータをマッチングするステップと、
マッチングされた動作パラメータおよび各ロボットの現在のマスタ・スレーブ情報に基づいてマスタ・スレーブ協調制御アルゴリズムを呼び出し、マスタ・スレーブ協調制御を行うステップと、
を含む。

本発明の実施形態によれば、ロボットコントローラは、ロボットジョブプログラムに基づくゲイン制御方法を用いてサーボ駆動モジュールを制御し、前記ロボットジョブプログラムに基づくゲイン制御方法は、
ロボットジョブプログラムに含まれる各命令を順番に読み出すステップと、
読み込んだ命令が動作タイプ命令である場合、読み込んだ動作タイプ命令のそれぞれにおいて、ロボットの動作速度、軌跡タイプおよび軌跡タイプパラメータを解析するステップと、
前記解析により取得されたロボットの動作速度および軌跡タイプに基づいて、対応するゲインパラメータを取得するステップと、
解析された動作速度、軌跡タイプ、軌跡タイプパラメータおよび対応するゲインパラメータに基づいて、ロボットの動作命令を生成し、ロボットの各軸のサーボモータ駆動装置に出力するステップと、
を含む。

以上のとおり、本発明に係る汎用コンピュータを用いたロボット制御システムにおいて、電源モジュールは、メイン回路のパワーダウン後もロボットコントローラに電力を継続的に供給することにより、ロボットコントローラ内の操作モジュールによってデータ保存が完了できるようにし、パワーダウン時のデータ保護を実現している。セーフティユニットは、複数の安全回路を制御し、サーボ駆動モジュールが入力異常や故障に的確に応答して、非常停止できる。さらに、セーフティユニットとバス伝送マスタとが互いにモニタリングしているため、セーフティユニットまたはバス伝送マスタのどちらかが故障した場合、サーボ駆動モジュールはその故障に応答でき、複数モジュールの安全インターロック制御を実現し、安全制御レベルを大幅に向上できる。データ伝送モジュールでは、バス伝送マスタをベースとして拡張された第１インタフェースモジュールと標準の第２インタフェースモジュールとの組み合わせにより、応答性の高いデータの高速伝送を実現するだけでなく、伝送モジュールのコストを大幅に削減できる。ティーチングペンダントでは、ロボットコントローラ上でティーチングペンダントプログラムが動作し、ロボットコントローラからの端末ビデオ信号をティーチングペンダントが受け付けして、ロボットの動作状況をリアルタイムに表示する。この方法では、ティーチングペンダント端に独立のＣＰＵを組み込む必要がないため、ティーチングペンダントのコストを大幅に削減できるだけでなく、ティーチングペンダントプログラムの実行がロボットコントローラに搭載された高性能ＩＰＣによって行われるため、非常にパワフルで演算速度も速く、ロボットの動作をより正確に制御できる。

本発明に係る汎用コンピュータを用いたロボット制御システムの構成を示すブロック図である。 データ伝送モジュールとロボットコントローラとの間の構成を示すブロック図である。 セーフティユニットの安全制御を説明するためのブロック図である。 電源モジュール、電源タイミング管理ユニットおよびロボットコントローラの回路の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るロボットセーフティロジック制御システムにおける電源タイミング管理ユニットの停電保護状態において、メイン回路電源再投入時のタイミング制御方法を示すフローチャートである。 本発明の他の一実施形態に係るロボットセーフティロジック制御システムにおける電源タイミング管理ユニットの停電保護状態において、メイン回路電源再投入時のタイミング制御方法を示すフローチャートである。 非停電保護状態においてメイン回路の電源を再投入する場合のタイミング図である。 停電保護状態でロボットコントローラの電源がＯＦＦになったときに、メイン回路の電源が再投入されるタイミング図である。 停電保護状態でロボットコントローラの電源が切れていない場合に、メイン回路の電源が再投入された場合のタイミング図である。 本発明の他の実施形態に係る電源モジュールの概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る電源モジュールの概略構成図である。 図１においてティーチングペンダントがロボットコントローラと通信した際に、ロボットコントローラが送信した信号をティーチングペンダントが受信した後のフローを示す図である。 図１においてティーチングペンダントがロボットコントローラと通信しているときに、ティーチングペンダントがロボットコントローラに送る信号のフロー図である。 本発明の実施形態に係るティーチングペンダントの概略ブロック図である。 マスタ・スレーブ協調によるロボット制御方法のフローを示す図である。 既存の溶接分野内の複数のロボットの協調制御における分布の模式図である。 ロボット動作プログラムに基づくゲイン制御方法のフローを示す図である。

本発明の上述および他の目的、特徴および効果をより明瞭かつ理解しやすくするため、以下では、図面を参照しながら、好ましい実施形態により詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る汎用コンピュータを用いたロボット制御システムは、ロボットコントローラ１、データ伝送モジュール２、サーボ駆動モジュール３、セーフティユニット４、電源モジュール５およびティーチングペンダント７を有する。サーボ駆動モジュール３は、データ伝送モジュール２を介してロボットコントローラ１に接続され、ロボットコントローラ１からの動作命令を受信し、ロボットを駆動する。セーフティユニット４は、データ伝送モジュール２を介してロボットコントローラ１およびサーボ駆動モジュール３のそれぞれに接続され、入力異常信号または故障信号を受信した場合、サーボ駆動モジュール３の出力をオフにし、さらに、入力異常信号または故障信号をロボットコントローラ１へ伝送する。ティーチングペンダント５は、ロボットコントローラ１から送信された端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受信するとともに、第２制御インタラクティブ信号をロボットコントローラ１へ送信することによりロボットコントローラ１の動作を制御する。電源モジュール６は、ロボットコントローラ１およびセーフティユニット４とそれぞれ電気的に接続されている。

図２および図３に示すように、本実施形態において、データ伝送モジュール２は、バス伝送マスタ２１、第１インタフェースモジュール２２および第２インタフェースモジュール２３を備える。バス伝送マスタ２１は、ロボットコントローラ１に接続されている。ロボットコントローラ１は、バス伝送マスタ２１を介してサーボ駆動モジュール３に接続され、ロボットの動作状態を制御する。第１インタフェースモジュール２２は、バス伝送マスタ２１を介してロボットコントローラ１に接続され、第１種信号Ｂ１を送信する。第２インタフェースモジュール２３は、ロボットコントローラ１に接続され、第２種信号Ｂ２を送信する。第１インタフェースモジュール２２の伝送速度は、第２インタフェースモジュール２３の伝送速度より高く、ロボットコントローラ１の第１タイプ信号Ｂ１に対する応答レベルは、第２種信号Ｂ２に対する応答レベルより高い。

本実施形態において、第１種信号Ｂ１は、セーフティユニット４から入力される安全信号、センサユニットから入力されるセンシング信号、スイッチング信号または同期信号など高速の応答が必要とされる信号が含まれる。第２種信号Ｂ２は、高速伝送を必要としない通常の制御信号や通信信号であり、たとえば、ティーチングペンダントから入力される命令信号などである。

本実施形態において、バス伝送マスタ２１は、ＥｔｈｅｒＣＡＴバス伝送マスタであり、ロボットコントローラ１およびサーボ駆動モジュール３は、ＥｔｈｅｒＣＡＴバスを介してデータを伝送する。ＥｔｈｅｒＣＡＴ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔをベースとしたオープンアーキテクチャのフィールドバス伝送マスタである。第１インタフェースモジュール２２は、ＥｔｈｅｒＣＡＴバスをベースにして拡張されたインタフェースモジュールであり、ＥｔｈｅｒＣＡＴバスの高速伝送特性を利用して、第１種信号Ｂ１の高速伝送および高速応答（レスポンス）を実現している。第２インタフェースモジュール２３は、標準的なＵＳＢインタフェースである。ただし、本発明はこれらについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、ＥｔｈｅｒＮＥＴなど他のバス伝送マスタを使用してもよい。また、第２インタフェースモジュールは、ＲＳ２３２インタフェースやＲＳ４８５インタフェースなど標準的なシリアルインタフェースであってもよい。さらに、他の実施形態によれば、第２インタフェースモジュールは、ＵＳＢインタフェースおよびシリアルインタフェースの両方をともに備えてもよい。

バスベースの第１インタフェースモジュール２２のデータ応答速度は、第２インタフェースモジュール２３のデータ伝送速度よりも遥かに高速で、両者の差は１０倍以上になることもある。具体的には、本実施形態において、ＥｔｈｅｒＣＡＴバスベースの第１インタフェースモジュール２２のデータ応答時間は１ｍｓ以内であり、第２インタフェースモジュール２３としての標準的なＵＳＢインタフェースのデータ応答時間は５０ｍｓ以内である。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。

本実施形態において、ロボットコントローラ１は産業用コンピュータであり、たとえばＴｗｉｎＣＡＴのようなＥｔｈｅｒＣＡＴソフトウェアがインストールされている。ロボットコントローラ１は、ＥｔｈｅｒＣＡＴバスマスタとして動作する。第１インタフェースモジュール２２およびサーボ駆動モジュール３は、いずれもバス伝送マスタ２１のバススレーブとして機能する。具体的には、第１インタフェースモジュール２２およびサーボ駆動モジュール３は、それぞれがＡＸ５８１００シリーズのコントローラを介してＥｔｈｅｒＣＡＴバスマスタになる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、バス伝送マスタは、ロボットコントローラから独立でき、パーソナルコンピュータのような汎用コンピュータシステムであってもよい。

本実施形態において、データ伝送モジュール２には、高速伝送能力を有する第１インタフェースモジュール２２と、通常の低速伝送特性を有する第２インタフェースモジュール２３とが内蔵されている。第１インタフェースモジュール２２は、高速応答が要求される第１種信号Ｂ１のデータ伝送に用いられ、第２インタフェースモジュール２３は、データ伝送の時効性についての要求が高くない第２種信号のデータ伝送に用いられる。ロボット制御システムにおいて、高速応答が要求される第１種信号Ｂ１はさほど多くなく、第２種信号Ｂ２が多い。したがって、データ伝送モジュール２は、少数の第１インタフェースモジュール２２を拡張すればよく、第２種信号Ｂ２の多くは、依然として従来の標準的な第２インタフェースモジュール２３を使用できる。このようにすることで、本実施形態に係るロボット制御システムは、第１種信号Ｂ１の高速伝送の要件を満たしながら、コストを大幅に削減できる。また、第１インタフェースモジュール２２は、ロボットコントローラ１とサーボ駆動モジュール３との間の既存のバス伝送マスタ２１をベースに、ソフトウェアの形式により拡張されたものである。従来技術の伝送速度向上のためのハードウェアの使用と比較して、ソフトウェアによる設計は、コストを大幅に削減できるだけでなく、より柔軟性がある。さらに、第１インタフェースモジュール２２とロボットコントローラ１との間のデータ伝送プロトコルと、ロボットコントローラ１とサーボ駆動モジュール３との間のデータ伝送プロトコルと、を同じく設定することにより、プログラムの設計が大幅に簡素化され、コストをさらに削減できる。

ロボット制御システムは、ロボットコントローラ１のほか、ティーチングペンダント６、セーフティユニット４、センサユニットなどの複数のデータ処理ユニットを有する。各データ処理ユニットは、いずれも第１インタフェースモジュール２２および／または第２インタフェースモジュール２３を介して、ロボットコントローラ１と通信する。図１に示すように、本実施形態において、ティーチングペンダント６は、セーフティユニット４に接続され、セーフティユニット４を介してロボットコントローラ１に安全信号を送信する。このため、ティーチングペンダント６とロボットコントローラ１との間の信号伝送には、第２インタフェースモジュール２３のみが必要である。セーフティユニット４は、第１インタフェースモジュール２２を介して、安全信号などの第１種信号Ｂ１をロボットコントローラ１に出力するとともに、第２インタフェースモジュール２３を介して、ロボットコントローラ１から出力される制御信号を受信する。

セーフティユニット４は、マイコンを用いたデータ処理ユニットであり、既存のデータ伝送方式において、セーフティユニット４とロボットコントローラ１との間の全ての信号は、いずれもＵＳＢインタフェースやシリアルインタフェースなどの第２インタフェースモジュールを介して伝送される。データ伝送は、セーフティユニット内のマイコンのリソースを大量に消費する。本実施形態において、セーフティユニット４は、第１インタフェースモジュール２２内のスレーブコントローラに基づいて第１種信号Ｂ１を送信するため、セーフティユニット内のマイコンのリソースを大幅に節約でき、より多くのリソースを第２インタフェースモジュール２３におけるデータ送信に使用できる。センサユニットの場合、センシング信号がロボットの動作状態にリアルタイムに関係し、高い応答速度が必要であるため、センサユニットとロボットコントローラとの間のデータ伝送には、第１インタフェースモジュール２２が使用される。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。

本実施形態において、ロボットコントローラとサーボ駆動モジュールとは、バス伝送マスタを介して通信することによりロボットの動作状態を制御する。バス伝送マスタをベースに、ロボットコントローラにおいて第１インタフェースモジュールを拡張する。ロボットコントローラは、バスを介して高速の応答が要求される第１種信号を第１インタフェースモジュールから入出力することで、高速伝送を実現する。これとともに、ロボットコントローラには、応答要求が高くない第２種信号を伝送するためのハードウェアベースの通常のＵＳＢインタフェースやシリアルインタフェースが設けられ、低速伝送を実現する。本発明に係るロボットデータ伝送システムには、高速伝送インタフェースおよび低速伝送インタフェースが組み合わせられ、データを伝送する際、信号の応答要求に応じて高速伝送または低速伝送を選択できる。既存のロボット制御システムが単一のデータ伝送インタフェースを有することに比べて、第１インタフェースモジュールと第２インタフェースモジュールの組み合わせは、データ伝送の問題を解決できるだけでなく、第１インタフェースモジュールをデータ伝送の一部に使用することによりコストを大幅に削減できる。さらに、第１インタフェースモジュール２２は、ロボットコントローラ１上のバス伝送マスタをベースとし、ソフトウェアにより拡張されているため、既存のロボット制御システムのハードウェアを変更する必要がなく、設計が容易で、コストを大幅に削減できる。

図３に示すように、本実施形態において、セーフティユニット４、サーボ駆動モジュール３およびデータ伝送モジュール２内のバス伝送マスタ２１の三者は、相互に接続されている。セーフティユニット４とバス伝送マスタ２１とは互いに監視し、セーフティユニット４とサーボ駆動モジュール３との間には第１安全回路１０が設けられ、バス伝送マスタ２１とサーボ駆動モジュール３との間には第２安全回路２０が設けられている。セーフティユニット４が、入力異常信号を受け付けた場合やバス伝送マスタ２１の故障または自己故障を検出した場合、第１安全回路１０にはサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする第１安全制御信号Ｋ１が生成される。また、バス伝送マスタ２１が、セーフティユニット４から出力された入力異常信号を受け付けた場合や自己故障またはセーフティユニット４の故障を検出した場合、第２安全回路２０にはサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする第２安全制御信号Ｋ２が生成される。

本実施形態に係るセーフティロジック制御システムに設けられた第１安全回路１０および第２安全回路２０は、サーボ駆動モジュール３に二重の安全制御を提供しただけでなく、いずれか一方の安全回路が故障した場合でも、サーボ駆動モジュール３が他方の安全回路を介して故障信号または異常信号を取得できるため、ロボットの安全動作を確保できる。さらに、セーフティユニット４とバス伝送マスタ２１とは、互いの動作状態を監視している。そこで、セーフティユニット４に故障が発生した場合、バス伝送マスタ２１は、該故障信号に基づいて、第２安全回路２０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにできる。同様に、バス伝送マスタ２１に故障が発生した場合、該故障に応答して、セーフティユニット４は、第１安全回路２０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにできる。このように、セーフティユニット４とバス伝送マスタ２１とは、連動したセーフティロジックを形成するため、セーフティロジック制御システムの安全レベルを大幅に向上できる。

本実施形態において、サーボ駆動モジュール３は、バス伝送マスタ２１に対応した伝送スレーブ３１を備えている。伝送スレーブ３１は、第２安全回路２０を介してバス伝送マスタ２１の状態を監視し、バス伝送マスタ２１の故障を検出した場合、サーボ駆動モジュール３の出力をオフにする第２安全制御信号Ｋ２を出力する。バス伝送マスタ２１が正常である場合、第２安全回路２０の第２安全制御信号Ｋ２は、バス伝送マスタ２１から伝送スレーブ３１へ出力される。同様に、セーフティユニット４は、バス伝送マスタ２１に対応した第１インタフェースモジュール２２を備え、バス伝送マスタ２１に故障が発生した場合、第１安全制御信号Ｋ１は、第１インタフェースモジュール２２からサーボ駆動モジュール３へ出力される。

本実施形態において、バス伝送通信ネットワークはＥｔｈｅｒＣＡＴネットワークであり、バス伝送マスタ２１はＥｔｈｅｒＣＡＴ伝送マスタであり、サーボ駆動モジュール３には対応するＥｔｈｅｒＣＡＴスレーブが設けられ、セーフティユニット４には第１インタフェースモジュール２２が設けられている。ＥｔｈｅｒＣＡＴ伝送マスタは、ＥｔｈｅｒＣＡＴバスを介してセーフティユニット４およびサーボ駆動モジュール３のそれぞれに接続されている。セーフティユニット４は、第１インタフェースモジュール２２を介して、セーフティユニット４とバス伝送マスタ２１との間においてハートビート信号やその他の故障信号や異常信号を伝送している。サーボ駆動モジュール３は、ＥｔｈｅｒＣＡＴスレーブを介して、バス伝送マスタ２１のハートビート信号をモニタリングする、または、バス伝送マスタ２１から出力される第２安全制御信号を受信する。図３において、ハートビート信号の伝送路はＬＳ（Ｌｉｖｅ Ｓｉｇｎａｌ）により示され、エラー信号の伝送路はＥＳ（Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）により示されている。ここで、ハートビート信号とは、各モジュールやユニット内におけるアプリケーションのハートビート信号をいう。たとえば、ロボットコントローラの場合、ハートビート信号は、ティーチングペンダントプログラムのハートビート信号であってよい。また、セーフティユニットおよびバス伝送マスタの場合、内蔵されたアプリケーションにより両方のハートビート信号のモニタリングを実現する。

図３に示すように、本実施形態において、ロボットコントローラ１は、リアルタイム操作モジュール１１を含み、当該リアルタイム操作モジュール１１は、バス伝送マスタ２１に接続されている。リアルタイム操作モジュール１１に故障が発生した場合、バス伝送マスタ２１は、第２安全回路２０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにし、セーフティユニット４をトリガすることにより第１安全回路１０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。

本実施形態において、バス伝送マスタ２１はリアルタイム操作モジュール１１内に内蔵され、リアルタイム操作モジュール１１内のＣＰＵを用いてデータ処理を行う。このため、両者は共通のＣＰＵを介して互いの状態をモニタリングできる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、バス伝送マスタは単独のＣＰＵを用いて制御してもよい。この場合、バス伝送マスタとリアルタイム操作モジュールとの間の通信は、ハートビート信号の伝送路およびエラー信号を用いて行われる。

本実施形態において、ロボットコントローラ１は、さらに、Ｗｉｎｄｏｗｓシステムのような非リアルタイム操作モジュール１２を含む。非リアルタイム操作モジュール１２に故障が発生した場合、リアルタイム操作モジュール１１は非リアルタイム操作モジュール１２の故障信号を取得してバス伝送マスタ２１に出力する。バス伝送マスタ２１は、第１安全回路１０および第２安全回路２０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。さらに、非リアルタイム操作モジュール１２は、セーフティユニット４と接続され、セーフティユニット４は、非リアルタイム操作モジュール１２の状態をモニタリングする。そこで、セーフティユニット４がリアルタイム操作モジュール１１または非リアルタイム操作モジュール１２の故障をモニタリングした場合、第１安全回路１０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。これにより、ロボットコントローラ１内の２つの操作モジュールは、バス伝送マスタ２１に基づいて故障信号を出力できるだけでなく、セーフティユニット４を介して故障信号を出力することも同期に行えるため、二重保護が実現される。

同様に、セーフティユニット４が入力異常信号を受信した場合、入力異常信号を非リアルタイム操作モジュール１２に伝送し、非リアルタイム操作モジュール１２は、さらに、入力異常信号をリアルタイム操作モジュール１１に伝送する。そこで、リアルタイム操作モジュールがバス伝送マスタ２１をトリガすることにより第２安全制御文字Ｋ２を出力してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。また、これによっても、セーフティユニット４の二重保護を実現できる。この際、セーフティユニット４とバス伝送マスタ２１との接続に故障が発生した場合、セーフティユニット４は、非リアルタイム操作モジュール１２→リアルタイム操作モジュール１１→バス伝送マスタ２１→第２安全回路２０→サーボ駆動モジュール３の順序で、サーボ駆動モジュールの出力をオフできる。

本実施形態において、ロボットコントローラ１は、さらに、リアルタイム操作モジュール１１および非リアルタイム操作モジュール１２が共有する格納モジュール１３を備えている。また、リアルタイム操作モジュール１１および非リアルタイム操作モジュール１２は、共有の格納モジュール１３を介して相手のハートビート信号を取得することにより相手の状態をモニタリングするだけでなく、両者はさらに格納モジュール１３を介して通信を行う。たとえば、非リアルタイム操作モジュール１２がセキュリティユニット４からの入力異常信号を受信した場合、格納モジュール１３を介して入力異常信号をリアルタイム操作モジュール１１に伝送する。

本実施形態において、セーフティユニット４は、ＲＳバスを介して非リアルタイム操作モジュール１２に接続され、非リアルタイム操作モジュール１２のハートビート信号をモニタリングする。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、両者は他のバスを使用して通信してもよい。

さらに、本実施形態において、メイン回路には、メイン回路のオン／オフを制御するＡＣコンタクタ８が設けられている。セーフティユニット４は、ＡＣコンタクタ８に接続され、セーフティユニット４とＡＣコンタクタ８との間には第３安全回路３０が設けられている。セーフティユニット４は、第１安全回路１０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにするとともに、第３安全回路３０を介して第３安全制御信号Ｋ３をＡＣコンタクタ８に出力し、メイン回路への入力をオフにすることでサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。第１安全回路１０および第二安全回路２０におけるサーボ駆動モジュール３の出力のオフは、入力された安全制御信号に基づき、ソフトウェア制御の方式で行われる。一方、第３安全回路３０において、セーフティユニット４によるＡＣコンタクタ８に対する制御は、入力側で行うことだけでなく、ハードウェアの方式により行う。これにより、サーボ駆動モジュール３に故障が発生することにより第１安全回路１０および第２安全回路２０から入力される安全制御信号に応答できなくても、セーフティユニット４は、ＡＣコンタクタ８を制御することにより入力側において強制にオフできるため、安全レベルをさらに向上できる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、サーボ駆動モジュールが自己診断機能を有することで、第３の安全回路を設けなくてもよい。

以下、図３を参照しながら、本実施形態に係るロボットセーフティロジック制御システムの動作について、詳細に説明する。
まず、セーフティユニット４が外部からの非常停止信号またはティーチングペンダントからの非常停止信号を受け付けた場合には、次の処理が行われる。
（１－１）セーフティユニット４は、第１安全回路１０を介して第１安全制御信号Ｋ１をサーボ駆動モジュール３に出力することにより、サーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。
（１－２）セーフティユニット４は、第３安全回路３０を介して第３安全制御信号Ｋ３を出力することによりＡＣコンタクタ８を遮断する。これに対応して、サーボ駆動モジュール３はメイン回路から切り離され、その出力もオフされる。
（１－３）セーフティユニット４は、第１インタフェースモジュール２２を介して故障信号をバス伝送マスタ２１に伝送し、さらにバス伝送マスタ２１からリアルタイム制御モジュール４１に伝送して処理した後、さらにバス伝送マスタ２１および第２安全回路２０を介して第２安全制御信号Ｋ２をサーボ駆動モジュール３へ出力する。
（１－４）セーフティユニット４は、ＲＳバスを介して非常停止信号を非リアルタイム操作モジュール１２に伝送し、非リアルタイム操作モジュール１２は、さらに格納モジュール１３を介して非常停止信号をリアルタイム操作モジュール１１に伝送する。リアルタイム制御モジュール４１は、受信した非常停止信号に基づいて、バス伝送マスタ２１をトリガすることにより、第２安全回路２０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。また、セーフティユニット自体に故障が発生した場合、バス伝送マスタ３および非リアルタイム操作モジュールは、セーフティユニットのハートビート信号をモニタリングすることにより、第１安全回路を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。

続いて、バス伝送マスタ２１がフリーズした場合には、次の処理が行われる。
（２－１）セーフティユニット４内の第１インタフェースモジュール２２が設定時間内にバス伝送マスタ２１からのハートビート信号を受信できなかった場合、第１インタフェースモジュール２２は安全トリガ信号を出力する。セーフティユニット４は、安全トリガ信号に基づいて、第１安全回路１０を介して第１安全制御信号Ｋ１をサーボ駆動モジュール３に出力することによりサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。
（２－２）セーフティユニット４は、第３安全回路３０を介して第３安全制御信号Ｋ３を出力することによりＡＣコンタクタ８を遮断する。これに対応して、サーボ駆動モジュール３はメイン回路から切り離され、その出力もオフされる。
（２－３）サーボ駆動モジュール３内の伝送スレーブ３１は、設定時間内にバス伝送マスタ２１からのハートビート信号を受信できなかった場合、第２安全制御信号Ｋ２を出力することによりサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。
（２－４）リアルタイム操作モジュール１１は、バス伝送マスタ２１内のソフトウェアによりバス伝送マスタ２１の状態をリアルタイムにモニタリングする。そこで、バス伝送マスタ２１がフリーズしたことを発見すると、格納モジュール１３を介して安全トリガ信号を非リアルタイム操作モジュール１２に送信し、非リアルタイム操作モジュール１２は、ＲＳバスを介して安全トリガ信号をセーフティユニット４に出力し、セーフティユニット４は、第１安全回路および第３安全回路３０を介して、サーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。

続いて、リアルタイム操作モジュール１１がフリーズした場合には、次の処理が行われる。
（３－１）本実施形態において、バス伝送マスタ２１はリアルタイム操作モジュール１１内に内蔵されているため、リアルタイム操作モジュール１１がフリーズした場合、セーフティユニット４内の第１インタフェースモジュール２２が設定時間内にバス伝送マスタ２１からのハートビート信号を受信できなくなったら、第１インタフェースモジュール２２は安全トリガ信号を出力する。セーフティユニット４は、安全トリガ信号に基づいて、第１安全回路１０を介して第１安全制御信号Ｋ１をサーボ駆動モジュール３に出力することによりサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。
（３－２）セーフティユニット４は、第３安全回路３０を介して第３安全制御信号Ｋ３を出力することによりＡＣコンタクタ８を遮断する。これに対応して、サーボ駆動モジュール３はメイン回路から切り離され、その出力もオフされる。
（３－３）リアルタイム操作モジュール１１がフリーズしたことをバス伝送マスタ２１の診断プログラムがモニタリングした場合、第２安全回路２０を介して第２安全制御信号Ｋ２を出力することによりサーボ駆動モジュールの出力をオフにする。
（３－４）非リアルタイム操作モジュール１２が格納モジュール１３を介してリアルタイム操作モジュール１１のハートビート信号を取得できず、ＲＳバスを介して安全トリガ信号をセーフティユニット４に出力する。セーフティユニット４は、第１安全回路１０および第３安全回路３０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフする。

最後に、非リアルタイム操作モジュール１２がフリーズした場合には、次の処理が行われる。
（４－１）セーフティユニット４は、ＲＳバスを介して非リアルタイム操作モジュール１２のハートビート信号を取得できず、第１安全回路１０を介して第１安全制御信号Ｋ１をサーボ駆動モジュール３に出力することによりサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。
（４－２）セーフティユニット４は、第３安全回路３０を介して第３安全制御信号Ｋ３を出力することによりＡＣコンタクタ８を遮断する。これに対応して、サーボ駆動モジュール３はメイン回路から切り離され、その出力もオフされる。
（４－３）リアルタイム操作モジュール１１は、格納モジュール１３を介して非リアルタイム操作モジュール１２のハートビート信号を受信できなくなったら、バス伝送マスタ２１および第２安全回路２０を介して第２安全制御信号Ｋ２をサーボ駆動モジュール３に出力する。
（４－４）リアルタイム操作モジュール１１は、格納モジュール１３を介して非リアルタイム操作モジュール１２のハートビート信号を受信できなくなったら、バス伝送マスタ２１を介して安全トリガ信号をセーフティユニット４に出力する。セーフティユニット４は、第１安全回路１０または第３安全回路３０を介してサーボ駆動モジュール３の出力をオフにする。

上述のとおり、本実施形態に係るロボット制御システムにおいて、セーフティユニット４、バス伝送マスタ２１、リアルタイム操作モジュール１１および非リアルタイム操作モジュール１２は、互いにモニタリングすることにより安全インターロックを形成するため、システムの安全レベルを大幅に向上できる。また、ソフトウェアによる安全制御とハードウェアによる安全制御の組み合わせによって、さらに信頼性を向上できる。さらに、本実施形態に係るロボット制御システムは、既存のロボット制御システム内の各機能モジュールをベースにし、ハードウェア部品を追加する必要がないため、設計コストを大幅に削減できる。

また、ロボット実行中において、メイン回路がパワーダウンすると、ロボットコントローラ１内のリアルタイム操作モジュール１１および非リアルタイム操作モジュール１２が異常停止するため、両操作モジュール内のデータ破損が発生しやすく、ロボットを再起動した後は現在の作業を継続して実行することができなくなる。この問題を解決するために、本実施形態においては、停電保護機能付きの電源モジュール５をロボットコントローラ１の電源として使用している。図４に示すように、電源モジュール５は、電力変換回路５１、コントローラ電源モジュール５２、ネットワーク電圧検出モジュール５３および蓄電モジュール５４を含む。電力変換回路５１は、メイン回路に接続されている。コントローラ電源モジュール５２は、電力変換回路５１に接続され、ロボットコントローラ１へ電力を供給する。ネットワーク電圧検出モジュール５３は、電力変換回路５１に接続され、電力変換回路の入力電圧を検出する。メイン回路の電源がオフされ、電力変換回路５１の入力電圧が設定閾値より低い場合、電源モジュール５は、停電トリガ信号をセーフティユニット４内の電源タイミング管理ユニット６に出力する。停電トリガ信号が非常停止信号としてセーフティユニット４に入力された後、セーフティユニット４は、図３に示されたセーフティロジックに従ってサーボ駆動モジュール１の出力をオフにし、ロボットを停止させる。

蓄電モジュール５４は、コントローラ電源モジュール５２に接続され、メイン回路の通常の電力動作の間にエネルギーを貯蔵する。メイン回路がパワーダウンされると、蓄電モジュール５４はエネルギーを出力してコントローラ電源モジュール５２の正常動作を維持し、コントローラ電源モジュール５２はロボットコントローラ１に電力を供給し続けることにより、リアルタイム操作モジュール１１および非リアルタイム操作モジュール１２はパワーダウントリガ信号に基づいてパワーダウン貯蔵を完了できる。本実施形態において、蓄電モジュール５４は、メイン回路のパワーダウンされた後もセーフティユニット４が正常に動作できるように、セーフティユニット４にも電力を供給する。

本実施形態において、蓄電モジュール５４は、電力変換回路５１の正負母線間に接続されたコンデンサＣ１を含み、電力変換回路５１が正常に電力供給する際、その入力電圧は、正負母線を介してコンデンサＣ１を充電し、充電された後のコンデンサＣ１の電圧はＵ１である。電力変換回路５１の入力電圧が設定閾値より低い場合、コンデンサＣ１はコントローラ電源モジュール５２へエネルギーを放出する。コンデンサＣ１に蓄積されたエネルギーは、コンデンサＣ１に蓄積されたエネルギーがコントローラ電源モジュール５２の正常な動作を維持できなくなり、コントローラ電源モジュール５２の動作が停止するまで、コントローラ電源モジュール５２の正常な動作を維持し続ける。コンデンサＣ１の容量は、停電トリガ信号Ｂがトリガされた後、ロボットコントローラ１がデータを保存し、正常なシャットダウンを行うための動作時間を決定する。好ましくは、本実施形態において、コンデンサＣ１の容量を設定することにより、ロボットコントローラ１に、ロボットコントローラの通常のシャットダウン時間ΔＴよりも長い３０秒間のデータ記憶時間を与える。ただし、本発明は、蓄電モジュールの構造について何ら限定もせず、他の実施形態によれば、蓄電モジュールは、インダクタなどの他のエネルギー貯蔵部品を用いて実現してもよい。

図４に示すように、本実施形態において、電源モジュール５は、さらに、コントローラ電源モジュール５２の出力端を跨って接続された出力コンデンサＣ２を含み、出力コンデンサＣ２は、電力変換回路５１の通常動作時にエネルギーを蓄積する。電力変換回路５１の入力電圧が設定閾値よりも低い場合、出力コンデンサＣ２は放電し、放出されたエネルギーはコンデンサＣ１によって出力されるエネルギーに重畳されてロボットコントローラ１へ出力される。パワーダウンした場合、コンデンサＣ１に出力コンデンサＣ２が重畳されることで、電力変換回路５１に接続されるコンデンサＣ１の容量を小さく設置でき、コンデンサＣ１の小型化、さらには電力変換回路５１の小型化を実現できる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。

電力変換回路５１は入力側スイッチＫｉｎを介して商用電源に接続され、入力端から交流商用電源が入力される。コンデンサＣ１にかかる電圧Ｕ１は入力される交流電圧のピーク値と相関する（Ｕ１＝Ｕｉｎ＊１．４１４、Ｕｉｎは入力される交流電圧の実効値である）。そこで、ネットワーク電圧検出モジュール５３は、電力変換回路５１の正負母線間に接続され、かつ、コンデンサＣ１の出力側に位置するように設けられ、コンデンサＣ１にかかる電圧Ｕ１を検出することにより入力電圧値を決定する。具体的には、電力変換回路５１の入力端における交流電圧の実効値が１８０Ｖより低い場合、すなわちコンデンサＣ１にかかる電圧Ｕ１が１８０×１．４１４＝２５４Ｖより低い場合、ネットワーク電圧検出モジュール５３は停電トリガ信号Ｂをセーフティユニット４に出力し、セーフティユニット４はタイミング制御モジュール６３を介して停電トリガ信号をロボットコントローラ１に出力する。ただい、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、ネットワーク電圧検出モジュールは、電力変換回路の入力電圧を直接検出するために、コンデンサの入力側に接続されてもよい。

本実施形態において、分岐電源モジュール５５およびコントローラ電源モジュール５２の回路は、ＵＣ３８４５シリーズやＮＣＰ１２０３シリーズなどのディスクリートスイッチング電源ＰＷＭ制御チップを用いて設計される。ネットワーク電圧検出モジュール５３は、電圧コンパレータおよびサイリスタを含む。電圧コンパレータの一端には設定閾値電圧が入力され、他端はコンデンサＣ１の両端に接続されてコンデンサＣ１にかかる電圧Ｕ１を取得する。電圧コンパレータの出力はサイリスタに接続され、サイリスタのオン／オフを制御することにより出力信号をＰＷＭ制御チップに出力し、分岐電源モジュール５５における任意の出力電源のオフを実現する。ただし、本発明は、分岐電源モジュール、コントローラ電源モジュールおよびネットワーク電圧検出モジュールの具体的な回路構成については何ら限定もせず、他の実施形態によれば、分岐電源モジュール内の４つの出力電源およびコントローラ電源モジュールの回路設計は、ＰＩ社のＴＯＰシリーズ、ＬＣＳシリーズ、ＬＮＫシリーズなどの集積型スイッチング電源チップに基づいて行うこともでき、分岐電源モジュールと一体化できる。本実施形態において、ロボットコントローラ１は、産業用制御コンピュータ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ、ＩＰＣともいう）である。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。

本実施形態では、停電トリガ信号Ｂの出力方法について何ら限定もせず、他の実施形態によれば、図１０－１、図１０－２および図１１に示すように、ネットワーク電圧検出モジュールは、他の方法により停電トリガ信号Ｂを出力してもよい。

具体的には、図１０－１に示すように、電源モジュールは、電力変換回路５１の出力端に接続され、コントローラ電源モジュール５２と並列に接続された分岐電源モジュール５５をさらに含み、ネットワーク電圧検出モジュール５３は分岐電源モジュール５５に接続されている。分岐電源モジュール５５は、サーボ駆動モジュール３に電力を供給するための第１出力電源、ティーチングペンダント６に電力を供給するための第２出力電源、セーフティユニット４に電力を供給するための第３出力電源およびデータ伝送モジュールに電力を供給するための第４出力電源との４つの出力電源を含む。ネットワーク電圧検出モジュール５３は、電力変換回路５１の入力電圧が設定閾値より低いことを検出した場合、分岐電源モジュール５５内の４つの出力電源をすべてオフにし、４つの出力電源がオフになるとともに停電トリガ信号Ｂを生成する。これにより、出力電源のオフと停電トリガ信号Ｂの出力が一体化され、回路構成を大幅に簡素化できる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、図１０－２に示すように、ネットワーク電圧検出モジュールは、停電トリガ信号Ｂをコントローラ電源モジュール５２に直接出力してもよい。

図１０－１に示された実施形態において、分岐電源モジュール５５は、コントローラ電源モジュール５２を介して停電トリガ信号Ｂをロボットコントローラ１に出力しており、電源モジュール５とロボットコントローラ１との間の接続インタフェースを簡略化できる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、分岐電源モジュールまたはネットワーク電圧検出モジュールは、停電トリガ信号Ｂをロボットコントローラに直接出力してもよい。図１０－１に示された実施形態において、分岐電源モジュール５５は、４つの出力電源のすべてまたはいずれかがオフになったときにトリガされるリレースイッチを含み、リレースイッチは、ハイ／ローレベルの形で停電トリガ信号Ｂをコントローラ電源モジュールに出力する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、停電トリガ信号Ｂは、アナログ信号であってもよい。

図１０－１に示された実施形態において、第１出力電源の出力は２４Ｖ／１０Ａ、第２出力電源の出力は１２Ｖ／３Ａ、第３出力電源の出力は１２Ｖ／１Ａ、第４出力電源の出力は１２Ｖ／１Ａであり、コントローラ電源モジュールの出力は２４Ｖ／３Ａである。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。

なお、本発明は、ネットワーク電圧検出モジュールの設置方法についてなんら限定もせず、他の実施形態によれば、図１１に示すように、ネットワーク電圧検出モジュール５３は、分岐電源モジュール５５から独立してもよい。電力変換回路５１と分岐電源モジュール５５との間には制御スイッチ５６が設けられ、ネットワーク電圧検出モジュール５３は、停電トリガ信号Ｂを出力するとともに制御スイッチ５６をオフする。電力変換回路５１の入力電圧が正常な場合、制御スイッチ５６は閉じられた状態であり、電力変換回路５１は分岐電源モジュール５５およびコントローラ電源モジュール５２に電力を供給し、回路は正常動作となる。また、電力変換回路５１の入力電圧によりコンデンサＣ１が充電される。一方で、メイン回路の入力側スイッチＫｉｎが急に開いたり入力電圧の不安定により入力電圧がネットワーク電圧検出モジュール５３の設定閾値より低くなったりした場合、ネットワーク電圧検出モジュール５３は制御スイッチ５６に信号を出力して制御スイッチ５６を開く状態にする。

図１１に示された実施形態において、ネットワーク電圧検出モジュール５３は、制御スイッチ５６を介して停電トリガ信号Ｂを出力する。具体的には、制御スイッチ５６の出力はコントローラ電源モジュール５２に接続され、ネットワーク検出モジュール５３が制御スイッチ５６をオフにするとともに、制御スイッチ５６は停電トリガ信号Ｂをコントローラ電源モジュール５２に出力する。制御スイッチ５６は、リレースイッチである。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、ネットワーク電圧検出モジュールは、停電トリガ信号Ｂをコントローラ電源モジュールに直接出力してもよい。あるいは、分岐電源モジュールから停電トリガ信号Ｂを出力してもよい。具体的には、制御スイッチが電力変換回路と分岐電源モジュールとの間の通路を切り離し、分岐電源モジュール内の出力電源の出力はオフされる。あるいは、この際、分岐電源モジュールにリレーが接続されており、いずれかの出力電源がオフされると、リレーから停電トリガ信号Ｂをコントローラ電源モジュール５２に出力する。

停電保護機能付き電源モジュール５において、メイン回路のパワーダウン後も、電源モジュール５はロボットコントローラ１への電力供給を継続し、停電トリガ信号に基づいて、リアルタイム操作モジュール１１および非リアルタイム操作モジュール１２がパワーダウン貯蔵できるようにし、停電保護を実現する。停電保護状態では、電源モジュール５の継続出力により、ロボットコントローラ１の入力端の電圧はＨｉｇｈに保たれる。この状態でメイン回路に再度電源を投入（パワーアップ）しても、ロボットコントローラ１の入力端の電圧レベルは変化せず、ロボットコントローラ１はシャットダウンの状態を維持し、２つの操作モジュールも再起動できない。そのため、停電保護状態で一旦ロボットコントローラ１の電源が切れる（シャットダウン）と、再起動することはできなくなるといった故障問題が発生する。そこで、本実施形態においては、汎用コンピュータを用いたロボット制御システムに基づいて、上記問題を解決するためのパワーアップタイミング制御方法を提供する。

図５に示すように、本実施形態に係るパワーアップタイミング制御方法は、パワーダウンした後にメイン回路が再度パワーアップされたとき、電源モジュールの出力状態を判断するステップＳ６１０と、電源モジュールが停電保護出力の状態にあるとき、ロボットコントローラがシャットダウンされているか否かを判断するステップＳ６２０と、シャットダウンされたと判断した場合、パワーアップトリガ信号をロボットコントローラに出力することにより、操作モジュールを再起動するステップＳ６３０と、シャットダウンされていないと判断された場合、ロボットコントローラにおけるティーチングペンダントプログラムの状態をリアルタイムにモニタリングするステップＳ６４１と、ティーチングペンダントプログラムが終了したことを検出する場合、予め設けられたディレイ時間の後に、ロボットコントローラをシャットダウンさせるステップＳ６４２と、ディレイ時間終了後に、パワーアップトリガ信号をロボットコントローラに出力し、操作モジュールを再起動させるステップＳ６３０と、を含む。以下、図７～図９を参照しながら、本実施形態に係るパワーアップタイミング制御方法について、詳細に説明する。

本実施形態に係るパワーアップタイミング制御方法は、ステップＳ６１０から始まる。パワーダウンした後、メイン回路を再度パワーアップする際、電源モジュール５の出力状態を判断する。停電保護機能付きロボット制御システムにおいて、電源モジュール５は、メイン回路のパワーダウン後に停電保護出力状態に切り替え、パワーダウン貯蓄のためにロボットコントローラ１への給電を継続する。ロボットコントローラ１がパワーダウン貯蓄を完了してシャットダウンし、電源モジュール５がロボットコントローラ１に電力を供給しなくなると、図７に示すように、ロボットコントローラ１の入力端ＶＩＰＣはローレベルになり、△Ｔはロボットコントローラ１の通常のシャットダウンにかかる時間である。この際、メイン回路を再びパワーアップする（電源投入）と、メイン回路に接続された電源モジュール５は、メイン回路における商用電源を変換してからロボットコントローラ１に出力し、ロボットコントローラ１の入力端の電圧はローレベルからハイレベルに変わり、そのレベルのジャンプがきっかけとなって２つの操作モジュールが正常に再起動する。この際、パワーアップタイミング制御は機能せず、電源モジュールが停電保護出力状態におけるメイン回路のパワーアップになるため、メイン回路のパワーアップ後に電源モジュールの状態を確認する必要がある。図７～図９において、ＶＩＮはメイン回路の入力電圧、ＶＣＰＳは電源モジュールの出力電圧、Ｂは停電トリガ信号、Ａはパワーアップトリガ信号、ＶＩＰＣはロボットコントローラ１の入力端の電圧を示す。

図４に示すように、本実施形態において、電源モジュール５はコンデンサＣ１を用いてロボットコントローラ１の停電保護を行うため、コンデンサにかかる電圧を検出することにより、電源モジュール５の状態を判断できる。コンデンサＣ１にかかる電圧Ｕ１が設定閾値（当該閾値は、ロボットコントローラ１の動作を維持するための最低電圧である）よりも低い場合、電源モジュール５は停電保護状態にあると判断する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、タイミングを測定することで判断してもよい。具体的には、メイン回路が再びパワーアップされてから前回の停電までの時間間隔を算出し、この時間間隔がロボットコントローラ１の正常にシャットダウンするための時間ΔＴ（たとえば１０秒）よりも短い場合、電源モジュールは停電保護出力中であると判断し、ロボットコントローラ１はまだシャットダウン終わっていない。あるいは、他の実施形態によれば、電源モジュールの出力を検出することによってその状態を直接判断してもよい。

メイン回路が再びパワーアップされ、ステップＳ６１０において電源モジュール５が停電保護出力状態にあることを検出すると、ステップＳ６２０を実行し、ロボットコントローラのシャットダウンが完了したか否かを判定する。ロボットコントローラのシャットダウンが完了した場合、図６に示すように、電源タイミング管理ユニット６は、パワーアップトリガ信号Ａをロボットコントローラ１に出力することにより、２つの操作モジュールを再起動させる（ステップＳ６３０）。本実施形態において、電源タイミング管理ユニットは、電源モジュール５とロボットコントローラ１との間の通路を切り離した後、再び閉じることにより、ロボットコントローラ１の入力端にパワーアップトリガ信号Ａの立ち上がりエッジを与え、ロボットコントローラ１はこのパワーアップトリガ信号Ａの立ち上がりエッジに基づいて２つの操作モジュールを再起動させる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、ロボットコントローラ１に強制イネーブル端を設け、電源タイミング管理ユニットは、パワーアップトリガ信号を強制イネーブル端に出力することにより、メイン回路が再びパワーアップされたことに応答して、ロボットコントローラ１が２つの操作モジュールを再起動するようにしてもよい。

ロボットコントローラ１の状態の判断は、メイン回路が再びパワーアップされてから前回の停電までの時間間隔Δｔが、ロボットコントローラ１の正常にシャットダウンするための時間ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１＋ΔＴ２）よりも短い場合（たとえば１０秒、図９を参照）、ロボットコントローラ１はまだパワーダウン貯蓄状態にありシャットダウンされていないことは明らかである。時間間隔Δｔが、ロボットコントローラ１の正常にシャットダウンするための時間ΔＴ以上である場合（図８を参照）、ロボットコントローラ１は正常にシャットダウンされたことになる。ただし、他の実施形態によれば、ロボットコントローラ１の状態を正確に確認するため、電源タイミング管理ユニットは、ハートビート信号のリクエストをロボットコントローラ１に送信し、ロボットコントローラ１がハートビート信号をレスポンスしない場合、ロボットコントローラ１がシャットダウンされたと確認してもよい。本発明は、これについて何ら限定もしない。

ステップＳ６２０において、ロボットコントローラがまだパワーダウン貯蓄状態にあると判断された場合、ステップＳ６４１を実行し、ロボットコントローラにおけるティーチングペンダントプログラムの状態をリアルタイムにモニタリングする。具体的には、電源タイミング管理ユニット６は、ロボットコントローラ１におけるティーチングペンダントプログラムが出力するハートビート信号を確認するため、ハートビート信号のリクエストを一定時間毎にロボットコントローラ１に送信する。ハートビート信号が所定時間内に受け付けられない場合、ティーチングペンダントプログラムが終了したと判断する。たとえば、３Ｓ～５Ｓの所定時間を経過してもハートビート信号のレスポンスを受け付けられない場合、ティーチングペンダントプログラムが既に終了したと判断する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。時刻Ｔ１でティーチングペンダントプログラムが終了されたことを確認した後、ステップＳ６４２を実行し、図９のタイミングチャートに示すように、予め設定した時間ΔＴ２だけディレイすることによりロボットコントローラをシャットダウンさせる。ディレイ時間が終了し、ロボットコントローラのシャットダウンが完了したことを確認した後、パワーアップトリガ信号Ａをロボットコントローラに出力し、操作モジュールを再起動させる（ステップＳ６３０）。

本実施形態において、ロボットタイミング制御方法は、電源モジュールが停電保護出力にある場合、メイン回路の再度パワーアップされる際のロボットコントローラ内の操作モジュールの正常起動を実現し、ロボットコントローラ１の安全かつ安定した動作を確保することができる。本実施形態において、電源モジュールが停電保護出力にあり、ロボットコントローラがシャットダウンした場合、ロボットコントローラにおけるティーチングペンダントプログラムのハートビート信号をモニタリングし、さらにディレイ時間を設けることと合わせて、どのタイミングでロボットコントローラがパワーダウン貯蓄を完了し、シャットダウンすることを確認できる。この方法によれば、既存のロボット制御システム内のハードウェアを何ら変更する必要がなく、単にソフトウェアによりロボットコントローラのシャットダウン状態を検出するため、設計が非常に簡便である。

ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、図６に示すように、メイン回路がパワーダウンしてから再度パワーアップされる場合、電源モジュールの出力状態を判断し、電源モジュール５が停電保護出力状態にあり、ロボットコントローラ１がシャットダウンしている場合、ロボットコントローラのマザーボードからの停電信号を検出する（ステップＳ６４１’）。そして、ロボットコントローラマザーボードから停電信号を受け付け（ステップＳ６４２’）、パワーアップトリガ信号をロボットコントローラに出力することにより、操作モジュールを再起動させる（ステップＳ６３０）。

本実施形態において、図７～図９には、メイン回路のシャットダウン後の回路タイミングチャートも示されている。パワーアップタイミング制御方法は、メイン回路がシャットダウンされる場合、電源モジュール５が停電保護出力状態になり、停電トリガ信号Ｂを出力することを含む。ロボットコントローラ１は、停電トリガ信号Ｂに応答して、パワーダウン貯蓄を行う。電源モジュール５の出力電圧ＶＣＰＳ（コンデンサにかかる電圧）は徐々に低下し始め、ロボットコントローラ１の入力電圧ＶＩＰＣもそれにつれて徐々に低下する。

上記パワーアップタイミング制御方法に対応して、電源タイミング管理ユニット６は、電源判定モジュール６１、コントローラ判定モジュール６２およびタイミング制御モジュール６３を含む。電源判定モジュール６１は、パワーダウン後にメイン回路が再びパワーアップされる場合、電源モジュール５の出力状態を判断する。電源モジュール５が停電保護出力状態にある場合、コントローラ判定モジュール６２は、ロボットコントローラ１のシャットダウンが完了したか否かを判断。ロボットコントローラ１のシャットダウンが完了したと判断した場合、タイミング制御モジュール６３は、パワーアップトリガ信号をロボットコントローラ１に出力することにより、２つの操作モジュールを再起動させる。一方、ロボットコントローラ１のシャットダウンが完了していない場合、タイミング制御モジュール６３は、ロボットコントローラのティーチングペンダントプログラムの状態をリアルタイムにモニタリングし、ティーチングペンダントプログラムが時刻Ｔ１終了したことを検出すると、ディレイ時間ΔＴ２だけ遅らせてロボットコントローラ１をシャットダウンさせる（Ｔ１＋ΔＴ２≒ΔＴ）。ディレイ時間が終了すると、タイミング制御モジュール６３は、パワーアップトリガ信号をロボットコントローラ１に出力することにより、２つの操作モジュールを再起動させる。

本実施形態に係る電源タイミング管理ユニット６の動作は、上述したパワーアップタイミング制御方法のステップＳ６１０～ステップＳ６４２において説明した動作と同じであるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態において、電源モジュール５とロボットコントローラ１との間には、制御スイッチ９が設けられ、タイミング制御モジュール６３は、ロボット制御スイッチ９に信号を出力してからまた速やかにロボット制御スイッチ９を閉じることにより、ロボットコントローラ１の入力端において立ち上がりエッジを有しながら２つの操作モジュールによって認識可能なパワーアップトリガ信号Ａを生成する。このパワーアップトリガ信号Ａに智づいて、２つの操作モジュールは正常に起動される。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、ロボットコントローラ１において独立した強制イネーブル端を設け、電源タイミング管理ユニットはパワーアップトリガ信号を強制イネーブル端に出力することにより、２つの操作モジュールを起動させてもよい。

本実施形態において、電源判定モジュール６１は、コンデンサＣ１に接続されたコンパレータであり、コンデンサＣ１にかかる電圧Ｕ１を検出することにより、電源モジュール５の状態を判断している。そして、コンデンサＣ１にかかる電圧Ｕ１が設定閾値（当該閾値は、ロボットコントローラ１の動作を維持するための最低電圧である）よりも低い場合、電源モジュールは停電保護状態にあると判断する。コントローラ判定モジュール６２はタイマであり、メイン回路が再びパワーアップされてから前回の停電までの時間間隔Δｔが、ロボットコントローラ１の正常にシャットダウンするための時間ΔＴ（たとえば１０秒）より短い場合、ロボットコントローラ１がまだパワーダウン貯蓄状態にありシャットダウンされていないと判断する。時間間隔Δｔがロボットコントローラ１の正常にシャットダウンするための時間ΔＴ以上であれば、通常は、ロボットコントローラ１はシャットダウン状態にあると判断する。この場合、ロボットコントローラ１の状態を正確に確認するため、タイミング制御モジュール６３は、ロボットコントローラ１におけるティーチングペンダントプログラムのハートビート信号を所定時間間隔をおいモニタリング・確認し、所定時間間隔内にハートビート信号を受け付けられない場合、２つの操作モジュールがオフされたと判断する。ただし、本発明は、これについて何ら限定もしない。

本実施形態において、電源タイミング管理ユニット６をセーフティユニット４内に内蔵され、セーフティユニット内のＣＰＵを用いてソフトウェアプログラムの方法でロボット状態の確認、タイミングの制御およびパワーアップトリガ信号の出力を実現する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、電源タイミング管理ユニットは、独立のＣＰＵを用いてもよい。停電保護機能付き電源モジュール５および電源タイミング管理ユニット６により、異常停電時における安全なデータ保存とロボットコントローラ１の正常な再起動が可能となり、システムの安全性がさらに高められる。

本実施形態において、図１４に示すように、ティーチングペンダント７は、受け付けモジュール７１、復号化モジュール７２、表示モジュール７３、入力信号取得モジュール７４、符号化モジュール７５および送信モジュール７６を含む。受け付けモジュール７１は、ロボットコントローラから送信されるロボットビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付ける。復号化モジュール７２は、受け付けモジュール７１に電気的に接続され、受け付けモジュール７１から出力されるロボットビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を符号化処理した後、表示モジュール７３に出力する。表示モジュール７３は、復号化されたロボットビデオ信号をティーチングペンダントに表示させ、受け付けた第１制御インタラクティブ信号に応答して、第１制御インタラクティブ信号内の情報をティーチングペンダント上の対応する表示領域に表示させる。入力信号取得モジュール７４は、ティーチングペンダントのパネルまたは他の端末から入力される信号を取得し、第２制御インタラクティブ信号を生成する。送信モジュール７６は、第２制御インタラクティブ信号をロボットコントローラ１に送信し、ロボットコントローラ１の動作を制御する。

ティーチングペンダント７とロボットコントローラ１との間におけるデータ伝送のステップは、以下の処理を含む。図１４に示すように、受け付けモジュール７１は、ロボットコントローラ１から送信される端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付け（ステップＳ７１０）、ここで、第１制御インタラクティブ信号は、ロボットの動作状態またはロボットコントローラの動作状態を含む。表示モジュール７３は、受け付けた端末ビデオ信号をティーチングペンダントに表示させ、受け付けた第１制御インタラクティブ信号に応答して、第１制御インタラクティブ信号内の情報をティーチングペンダント上の対応する表示領域に表示させる（ステップＳ７３０）。また、入力信号取得モジュール７４は、ティーチングペンダントのパネルから入力された信号を取得し、第二制御インタラクティブ信号に変換する（ステップＳ７４０）。送信モジュール７６は、第２制御インタラクティブ信号をロボットコントローラに送信するし、ロボットコントローラの動作を制御する（ステップＳ７６０）。以下、図１２および図１３を参照しながら、本実施形態に係るティーチングペンダントにおける信号伝送方法について、詳細に説明する。

本実施形態において、ティーチングペンダント７とロボットコントローラ１との間で双方向のデータ伝送が実現され、説明の便宜上、以下では信号処理の処理ステップに番号を付けて説明する。ここで、ステップＳ７１０～Ｓ７３０は、図１２に示されるティーチングペンダント７がロボットコントローラ１から信号を受け付けた後の処理ステップに対応し、ステップＳ７４０～ステップＳ７７０は、図１３に示されるティーチングペンダント７がロボットコントローラ１に信号を送信する処理ステップに対応する。実際の処理において、ティーチングペンダント７の送信と受け付けは同時に行われる。

図１２に示されるように、ステップＳ７１０において、ティーチングペンダント７は、ロボットコントローラ１から送信される端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付ける。端末ビデオ信号は、ロボットコントローラ１が収集したロボットの動作状態のリアルタイム映像であり、本実施形態において、ビデオ信号には音声も含まれる。第１制御インタラクティブ信号は、現在のロボットの動作状態および現在のロボットコントローラ１の動作状態を含む。現在のロボットの動作状態には、ロボットの位置パラメータや動作パラメータなどの情報が含まれ、現在のロボットコントローラ１の動作状態には、ティーチングペンダントプログラムの実行状況やロボットコントローラ１の動作パラメータなどの情報が含まれる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、第１制御インタラクティブ信号は、現在のロボットの動作状態または現在のロボットコントローラ１の動作状態のいずれか一方のみを含んでもよい。

本実施形態において、ティーチングペンダント７とロボットコントローラ１との間において、端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号は、２種類のデータ伝送方法によってそれぞれ通信される。具体的には、第１種データ伝送信号としての第１制御インタラクション信号は、ＵＳＢ信号であり、第２種データ伝送信号としての端末ビデオ信号はＨＤＭＩ信号である。ＨＤＭＩ信号は、高精細な映像の伝送を実現できるとともに、干渉にも強い。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、端末ビデオ信号は、ＶＧＡ信号を用いて伝送してもよい。

さらに、本実施形態において、端末ビデオ信号および第１制御インタラクション信号は、差動伝送方法で伝送される。差動伝送方法は、干渉に強く、安定した伝送が可能で、さらに、長距離伝送も実現できる。差動伝送方法によりデータ伝送を行う場合、伝送プロトコルに適合するように、ロボットコントローラ１において、端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を符号化してからティーチングペンダント７に出力する。したがって、ロボットコントローラ７から端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付けた後（ステップＳ７１０）、ステップＳ７２０が実行され、復号化モジュール７２は端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を復号化する。

復号化した後、ステップＳ７３０が実行され、端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号をティーチングペンダント７に表示させる。復号化された端末ビデオ信号の場合、ディスプレイに直接表示させる。復号された第１制御インタラクション信号の場合、第１制御インタラクション信号に含まれる具体的情報に応じて、所定の表示方法を用いて、対応する領域に表示させる。具体的には、第１制御インタラクティブ信号にロボットの移動速度など具体的な数値情報が含まれている場合、このような情報を映像に重畳して文字方式によりディスプレイに表示できる。一方、第１制御インタラクティブ信号にロボットの特定位置（たとえば、ホームポジション）や特別な動作（たとえば、限界動作位置）のようなロボットの状態に関する情報が含まれている場合、これらの情報を映像に重畳してパターン方式によりディスプレイ上で点滅させることができる。また、ティーチングペンダント７のパネルに指示ランプを設けることにより、状態表示を行ってもよい。

第１制御インタラクティブ信号の伝送および表示により、ロボットコントローラ１の動作状態を、ロボットコントローラ１からティーチングペンダントへフィードバックが実現され、操作者はティーチングペンダント７を介してロボットまたはロボットコントローラ１の動作状態を直接チェックでき、非常に便利で、容易にロボットをリアルタイム制御できる。

本実施形態において、ロボットコントローラ１とティーチングペンダント７との間の信号伝送は、双方向伝送である。ティーチングペンダント７は信号の送信側として機能し、その信号伝送は、ステップＳ７４０を含み、ティーチングペンダント７のパネルから入力された信号を取得して第２制御インタラクティブ信号に変換する。その後、第２制御インタラクティブ信号をロボットコントローラ１へ送信する（ステップＳ７６０）。操作者は、ティーチングペンダント７のパネルを介して信号を入力することにより、ロボットコントローラ１の動作を制御できる。ティーチングペンダント７のパネルへの信号入力方法は、ティーチングペンダント７のパネルにあるボタンによる入力方法やディスプレイにあるタッチボタンによる入力方法を含む。本実施形態において、第２制御インタラクティブ信号もＵＳＢ信号であり、差動伝送方法でロボットコントローラ１へ送信される。したがって、本実施形態において、ティーチングペンダント７における信号伝送方法は、さらに、ステップＳ７５０を含み、生成された第２制御インタラクティブ信号を符号化する。その後、ステップＳ７６０が実行される。同様に、ロボットコントローラ１も、ティーチングペンダント７から入力された信号を受け付けるとともに対応の復号化を行う。

本実施形態において、ティーチングペンダント７とロボットコントローラ１との間のデータ伝送方法は、ステップＳ７７０をさらに含み、他の端末から入力された信号を受け付けし、第２制御インタラクティブ信号としてロボットコントローラ１に出力する。たとえば、ティーチングペンダント７はＵＳＢインタフェースを有し、他の端末はＵＳＢインタフェースを介してティーチングペンダント７に接続され、ＵＳＢ信号をティーチングペンダント７に入力する。ティーチングペンダント７は、このＵＳＢ信号を第２制御インタラクティブ信号として、ステップＳ７５０、Ｓ７６０を介してロボットコントローラ１へ出力することにより、第三者による遠隔制御を実現する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、他の端末からティーチングペンダント７への入力が非ＵＳＢ信号である場合、入力信号取得モジュールは、入力信号をＵＳＢタイプの第２制御インタラクティブ信号に変換する必要がある。

本実施例において、ロボットコントローラ１およびティーチングペンダント７はＨＤＭＩ信号を用いて端末ビデオ信号を伝送することで、ティーチングペンダント７には独立のＣＰＵを不要とし、ティーチングペンダント７のコストを大幅に削減できる。また、差動データ伝送方法によれば、両者の長距離通信が実現される。さらに、第１制御インタラクティブ信号の伝送により、ティーチングペンダント７においてロボットおよびロボットコントローラ１の動作状態をリアルタイムに確認でき、ティーチングペンダント７の機能をさらに拡張できる。

ロボット制御システムでは、通常は、複数のロボットによる協調制御が行われる。既存のマルチロボット制御システムにおいて、１つのタスクを実行する際、各ロボットのマスタ・スレーブ関係（マスタ・スレーブ関係）は変更できない。このようなマスタ・スレーブ関係の変更できない制御方法は、各ロボットの機能は大幅に制限する。そこで、図１５に示すように、ロボットコントローラ１は、マスタ・スレーブ協調型のロボット制御方法によりサーボ駆動モジュール３を制御する。マスタ・スレーブ協調型のロボット制御方法は、ロボットのジョブプログラムの命令を読み込むこと（ステップＰ１）と、読み込んだ命令を解析することにより、各ロボットの番号情報、現在の動作情報および各ロボットのマスタ・スレーブ関係を特徴付けるために設定された現在のマスタ・スレーブ情報を取得すること（ステップＰ４）と、解析された各ロボットの番号情報、現在の動作情報および現在のマスタ・スレーブ情報に基づいて、動作パラメータプロファイルから各ロボットに対応する動作パラメータをマッチングさせること（ステップＰ５）と、各ロボットに対応してマッチングした動作パラメータおよび各ロボットの現在のマスタ・スレーブ情報に基づいて、マスタ・スレーブ協調制御アルゴリズムを呼び出し、マスタ・スレーブ協調制御を行うこと（ステップＰ６）と、を含む。

本実施形態に係るマスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法のステップＰ４において解析された各ロボットの現在のマスタ・スレーブ情報は、ステップＰ１において読み込んだロボットジョブプログラムから取得される。これにより、ユーザがロボットジョブプログラムを通じて、各ロボットのマスタ・スレーブ関係を設定できるだけでなく、さらに、ロボットのジョブプログラムは、その命令の実行順番の方式により各時点におけるロボットの動作を限定し、ジョブプログラムの命令により取得されるマスタ・スレーブ情報に基づく制御方法によって、ロボットのマスタ・スレーブ関係をタスクのタイミングに追従させながら変更できるため、各ロボットのタスクの異なるフェーズにおけるマスタ・スレーブ関係を柔軟に変更できる。

本実施形態に係るマスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法は、ステップＰ１から始まり、ジョブプログラムの命令を読み込む。具体的には、命令が読み込まれた後、ステップＰ２が実行され、各命令を命令リストに変換して格納し、命令リストには各命令のタイプおよびパラメータが格納される。

マスタ・スレーブ協調型制御において、スレーブの動作軌跡はマスタの動作軌跡に追従して変化する。したがって、各ロボットの動作状態はそのマスタ・スレーブ関係と密接に関連しており、両者の組み合わせによって当該ロボットの最終的な動作軌跡が決定される。本実施形態においては、各ロボットの現在のマスタ・スレーブ情報がロボットの動作命令に統合されているため、動作状態ごとに各ロボットのマスタ・スレーブ関係の変更可能性実現しただけでなく、ユーザによる操作上、ユーザが各命令を通じてロボットの現在のマスタ・スレーブ関係を判断できるため、非常に使い勝手がよい。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、タスクの必要性に応じてあるロボットのマスタ・スレーブ関係を段階的に変更してもよい。この場合、マスタ・スレーブ情報は各動作命令に統合される必要が無くなり、独立の命令によって定めてもよい。具体的には、本実施形態において、動作命令には、各ロボットの番号、現在のマスタ・スレーブ情報および現在の動作情報などのパラメータが含まれている。

命令を命令リストに変換した後、ステップＰ３が実行され、命令リストにおける各命令のタイプに基づいて各ロボットの現在の動作命令を取得し、それらを組み立てて１組の命令セットを生成する。

続いて、ステップＰ４が実行され、当該組の命令セットを解析して、各ロボットのロボット番号、現在のマスタ・スレーブ情報および現在の動作情報を取得する。命令セットを組み立てることは、各状態においてステップＰ４が１回だけ解析されればよく、プログラムの実行量を大幅に削減できる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、読み出し、変換および命令タイプの決定が完了された後、各命令を独立して解析し、各動作命令に対応する情報を取得してもよい。

続いて、ステップＰ５が実行され、各ロボットの番号情報、現在のマスタ・スレーブ情報および現在の動作情報に基づいて、動作パラメータプロファイルにおける対応する動作パラメータの照合が行われる。本実施形態において、動作パラメータプロファイルには、全てのロボットの２つずつの組み合わせ関係を定める位置姿勢行列パラメータのみ含まれている。続いて、ステップＰ６が実行され、各ロボットのマスタ・スレーブ関係および動作パラメータに基づいてマスタ・スレーブ協調制御アルゴリズムを呼び出して動作命令を生成し、複数のサーボ駆動モジュール３に出力することにより、複数のロボットのマスタ・スレーブ協調制御を実現する。マスタ・スレーブ協調制御アルゴリズムは、既存の制御アルゴリズムを利用して制御でき、本実施形態はこれについて何ら限定もしない。

図１６は、既存の溶接技術分野において、複数のロボットの協調制御システムにおける複数のロボットの配分を示す図であり、以下のプログラムは、図１６に示される複数のロボットを協調制御するためのジョブプログラムの一例を示すものである。以下、図１５、図１６およびこれらに対応するジョブプログラムを参照しながら、本実施形態に係るマスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法におけるマスタ・スレーブ関係の変化について、詳細に説明する。本実施形態において、溶接技術分野における複数のロボットのマスタ・スレーブ制御システムを一例としているが、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、このようなマスタ・スレーブ協調型制御方法は、他の技術分野における複数のロボットのマスタ・スレーブ制御システムにも適用できる。

以下は、ジョブプログラムの一例である。
１ ＮＯＰ ／／開始行
２ ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＲ１ロボット動作命令
３ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＲ２ロボット動作命令
４ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ１ポジショナー動作命令
５ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ２ポジショナー動作命令
６ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ３ポジショナー動作命令
７ ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＲ１ロボット動作命令
８ ＋ＳＭＯＶ ／／Ｒ２ロボットスレーブ動作命令
９ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ１ポジショナー動作命令
１０ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ２ポジショナー動作命令
１１ ＋ＭＭＯＶ ／／Ｓ３ポジショナーマスタ動作命令
１２ ＳＭＯＶ ／／Ｒ１ロボットスレーブ動作命令
１３ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＲ２ロボット動作命令
１４ ＋ＭＭＯＶ ／／Ｓ１ポジショナーマスタ動作命令
１５ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ２ポジショナー動作命令
１６ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ３ポジショナー動作命令
１７ ＳＭＯＶ ／／Ｒ１ロボットスレーブ動作命令
１８ ＋ＳＭＯＶ ／／Ｒ２ロボットスレーブ動作命令
１９ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ１ポジショナー動作命令
２０ ＋ＭＭＯＶ ／／Ｓ２ポジショナーマスタ動作命令
２１ ＋ＭＯＶ ／／マスタ・スレーブ関係なしのＳ３ポジショナー動作命令
２２ ＥＮＤ ／／終了行

図１６に示されるように、本実施形態において、複数ロボットの制御システムには、３台のポジショナー（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と２台のロボット（Ｒ１、Ｒ２）を含む５台のロボットが含まれている。ステップＰ１では各命令を読み込み、ステップＰ２では各命令を命令リストに変換する。たとえば、命令１は動作開始命令、命令２～２１はロボットの動作命令である。ステップＰ３では、同じ時刻における５つのロボット動作命令を組み合わせて命令セットを生成し、たとえば命令７から命令１１の命令セットは、ＭＯＶ＋ＳＭＯＶ＋ＭＯＶ＋ＭＯＶ＋ＭＭＯＶである。

本実施形態において、例示のジョブプログラムにおいて示されるように、マスタ・スレーブ情報には、文字「Ｓ」で示されるスレーブ状態、文字「Ｍ」で示されるマスタ状態、文字指定がないマスタ・スレーブなしの状態が含まれている。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、他の識別子をもちいて、マスタ状態、スレーブ状態、マスタ・スレーブ関係なしの状態を特徴付けてもよい。

ステップＰ４では解析することにより、Ｒ１ロボットのマスタ・スレーブなしの状態、Ｒ２ロボットのスレーブ状態、Ｓ１ポジショナーのマスタ・スレーブなしの状態、Ｓ２ポジショナーのマスタ・スレーブなしの状態、Ｓ３ポジショナーのマスタ状態を取得する。この場合、Ｓ３ポジショナーとＲ２ロボットとはマスタ・スレーブ制御を実現し、たとえば、Ｒ２ロボットが溶接トーチによりＳ３ポジショナーに載置されたワークを溶接する。

続いて、命令読出しモジュール１は、次の組の命令セット、すなわち命令１２から１６を読み出してＳＭＯＶ＋ＭＯＶ＋ＭＯＶ＋ＭＯＶの命令セットを取得し、これを解析することにより、Ｒ１ロボットのスレーブ状態、Ｒ２ロボットのマスタ・スレーブなしの状態、Ｓ１ポジショナーのマスタ状態、Ｓ２ポジショナーのマスタ・スレーブなしの状態およびＳ３ポジショナーのマスタ・スレーブなしの状態を取得できる。この命令セットでは、Ｒ１ロボットがＳ１ポジショナーに追従して動作し、両者の間にはマスタ・スレーブ関係を有し、Ｒ２ロボットとＳ３ポジショナーとは前の組の命令セットにおけるマスタ・スレーブ関係からマスタ・スレーブ関係のない関係に変わり、各ロボットで異なる時刻でのマスタ・スレーブ関係の変更を実現している。

続いて、次の組の命令セットを読み出し、すなわち命令１７～２１が読み込まれ、ＳＭＯＶ＋ＳＭＯＶ＋ＭＯＶ＋ＭＭＯＶ＋ＭＯＶの命令セットが取得される。Ｒ１ロボットおよびＲ２ロボットともにスレーブとして、マスタであるＳ２ポジショナーに追従して動作するため、再びマスタ・スレーブ関係が変更されている。また、Ｒ１ロボットおよびＲ２ロボットのＭＯＶ前のマスタ・スレーブ情報を「Ｍ」とすることにより、Ｒ１ロボットおよびＲ２ロボットをマスタにすることもできる。

ロボットコントローラ１によるマスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法によれば、各ロボットのマスタ・スレーブ関係を、ジョブプログラムの指示の実行に応じて変更できる。また、ジョブプログラムのタイミングによってマスタ・スレーブ関係が変化するため、複数のロボットのジョブ命令を１つのジョブプログラムに統合できる。具体的には、既存の複数ロボットの制御システムにおいて、Ｓ２ポジショナーをマスタとし、Ｒ１ロボットおよびＲ２ロボットがスレーブとしてマスタに追従しながら動作する場合、それぞれの動作を制御するために、Ｓ２ポジショナー－Ｒ１ロボットのジョブプログラム（Ｊｏｂプログラム）とＳ２ポジショナー－Ｒ２ロボットのジョブプログラム（Ｊｏｂプログラム）という二つの別々のジョブプログラムが必要であった。マスタ・スレーブの組多ければ多いほど、ジョブプログラムの数も増え、プログラムの複雑さだけでなく、その実行のためにシステムが使用するリソースも増加する。これに対し、本実施例では、Ｊｏｂプログラムの一例において示されたように、Ｒ１ロボット、Ｒ２ロボットおよびＳ２ポジショナーの制御命令を１つのＪｏｂプログラムに統合できるため、プログラム量を大幅に簡略化し、操作性を高め、プログラム実行のリソースをも大幅に節約できる。

マスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法において解析により取得される各ロボットのマスタ・スレーブ関係を特徴づける現在のマスタ・スレーブ情報は、読み込まれたロボットジョブプログラムに基づいて取得される。これは、ユーザがロボットジョブプログラムを通じて、各ロボットのマスタ・スレーブ関係を設置できるようになるだけでなく、さらに、ロボットのジョブプログラムがその命令の実行順番の方式により各時点におけるロボットの動作を限定し、ジョブプログラムの命令により取得されるマスタ・スレーブ情報に基づく制御方法によって、ロボットのマスタ・スレーブ情報をタスクのタイミングに追従させながら変更できるため、各ロボットのタスクの異なるフェーズにおけるマスタ・スレーブ関係を柔軟に変更できる。

さらに、本実施形態において、各ロボットの現在のマスタ・スレーブ情報は、ジョブプログラムの対応する各動作タイプの命令に統合されている。マスタ・スレーブ協調制御において、スレーブの動作軌跡はマスタの動作軌跡に追従する。このように、各ロボットの動作状態はマスタ・スレーブ関係と密接に関係し、両者の組み合わせによって、ロボットが最終的な動作軌跡が決定される。本実施形態において、各ロボットの現在のマスタ・スレーブ情報をそのロボットの動作命令に統合することにより、各ロボットのマスタ・スレーブ関係を動作状態ごとに変更できるだけでなく、ユーザによる操作上、ユーザが各命令を通じてロボットの現在のマスタ・スレーブ関係を判断できるため、非常に使い勝手がよい。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、タスクの必要性に応じてあるロボットのマスタ・スレーブ関係を段階的に変更してもよい。この場合、マスタ・スレーブ情報は各動作命令に統合される必要が無くなり、独立の命令によって定めてもよい。

さらに、ロボットコントローラ１は、ロボットジョブプログラムに基づくゲイン制御方法によりサーボ駆動モジュール３を制御し、サーボ駆動モジュール３内には、ロボットの各軸を制御するための複数のサーボモータ駆動装置を有してもよい。

ロボットジョブプログラムに基づくゲイン制御方法は、ロボットジョブプログラムの各命令を順番に読み出すこと（ステップＳ１１０）と、読み込んだ命令が動作タイプ命令である場合、読み込んだ動作タイプ命令ごとに、ロボットの動作速度、軌跡タイプおよび軌跡タイプパラメータを解析すること（ステップＳ１２０）と、解析により取得されたロボットの動作速度と軌跡タイプに基づいて、対応するゲインパラメータを取得すること（ステップＳ１３０）と、解析された動作速度、軌跡タイプ、軌跡タイプパラメータおよび対応するゲインパラメータに基づいて、ロボット動作命令を生成し、ロボットの各軸のサーボモータ駆動装置に出力すること（ステップＳ１４０）と、を含む。

本実施形態に係るサーボモータのゲインパラメータ制御方法では、ステップＳ１２０において読み込んだ各動作タイプ命令における動作速度および軌跡タイプに基づいて、ステップＳ１３０においてゲインパラメータを取得する。これにより、１つのタスクサイクル（Ｊｏｂプログラム）において、ロボットコントローラの軌跡タイプや動作速度に応じてゲインパラメータを調整できるため、１つのタスクサイクルにおける異なる軌跡タイプに対応したゲイン要件を満たすことができる。本実施形態において、ゲインパラメータは、速度ループゲインおよび位置ループゲインを含む。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、ゲインパラメータは、速度ループゲインまたは位置ループゲインのいずれかだけでもよい。

次のプログラムは、産業用溶接ロボットのジョブプログラムの一例である。以下、図１７および以下に示されるジョブプログラムを参照しながら、本実施形態に係るサーボモータゲインパラメータ制御方法について、詳細に説明する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、本実施形態に係るサーボモータゲインパラメータ制御方法は、ハンドリング作業用の産業用ロボットなど、他の種類のロボットにも適用できる。

［１］ ＮＯＰ ／／開始行
［２］ ＭＯＶＪ ＶＪ＝８０ ／／関節動作命令、関節速度８０％
［３］ ＭＯＶＬ Ｖ＝５００ ／／直動命令、速度 ５ｍ／ｍｉｎ
［４］ ＭＯＶＬ Ｖ＝１００ ／／直動命令、速度 １ｍ／ｍｉｎ
［５］ ＡＲＣＯＮ ＡＳＦ ＃（１） ／／アーク放電命令、（１）号アーク放電ファイル
［６］ ＭＯＶＬ Ｖ＝５０ ＡＲＣ＃（１） ／／直線溶接動作命令、速度０．５ｍ／ｍｉｎ、溶接ファイル（１）
［７］ ＭＯＶＬ Ｖ＝６０ ＡＲＣ＃（２） ／／直線溶接動作命令、速度０．６ｍ／ｍｉｎ、溶接ファイル（２）
［８］ ＭＯＶＬ Ｖ＝７０ ＡＲＣ＃（１） ／／直線溶接動作命令、速度０．７ｍ／ｍｉｎ、溶接ファイル（１））
［９］ ＭＯＶＬ Ｖ＝８０ ＡＲＣ＃（３） ／／直線溶接動作命令、速度０．８ｍ／ｍｉｎ、溶接ファイル（３）
［１０］ ＡＲＣＯＦＦ ＡＥＦ＃（１） ／／消弧命令、消弧ファイル（１）
［１１］ ＭＯＶＬ Ｖ＝２００ ／／直線動作命令、速度２ｍ／ｍｉｎ
［１２］ ＭＯＶＪ ＶＪ＝８０ ／／関節動作命令、関節速度８０％
［１３］ ＥＮＤ ／／終了行

本実施形態に係るサーボモータゲインパラメータ制御方法は、ステップＳ１１０から始まり、ロボットジョブプログラムに含まれる各命令を順番に読み込んでいく。具体的には、命令を読み出す際、命令を命令リストに変換して共有メモリに格納することも含む。命令リストには、各行の命令のタイプおよび関連するパラメータが含まれ、命令のタイプは、動作タイプ命令や非動作タイプ命令（たとえば、開始命令、終了命令等）である。上記のプログラム例では、動作命令には「ＭＯＶ」のような動作識別子が含まれている。命令を読み出すと、その命令行に対応する命令リストに動作識別子が格納される。そのため、読み出した命令が動作命令か否かを判断するために、当該動作識別子を使用する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。

読み取った命令が動作タイプ命令である場合、ステップＳ１２０が実行され、読み取った各動作タイプ命令におけるロボットの動作速度、軌跡タイプ、軌跡タイプパラメータを解析する。軌跡タイプには、ジャンプ軌跡とジョブ軌跡があり、溶接ロボットの場合、ジョブ軌跡は溶接軌跡である。上記のプログラム例では、命令［２］～［４］の軌跡タイプはジャンプ軌跡、［６］～［９］の軌跡はジョブ軌跡である。具体的には、本実施形態において、ジョブ軌跡には「ＡＲＣ」という識別子が含まれている。したがって、解析する際には、この識別子に基づいて、読み出された命令の軌跡タイプを判断できる。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、他の識別子を用いて識別してもよい。

ジャンプ軌跡において、軌跡タイプパラメータによってジャンプ後の位置が決まる。溶接軌跡において、溶接トーチの角度や溶接ワイヤのワーク表面からの高さなど、ワークによって異なる溶接パラメータを使用する。本実施形態において、軌跡タイプパラメータをロボットコントローラの格納ファイルに予め設定しておき、各動作タイプ命令を解析する際、命令に含まれる軌跡タイプまたは軌跡タイプパラメータ格納ファイルの名前に基づいて、対応する軌跡タイプパラメータを取得する。本実施形態において、読み込んだ動作タイプ命令を解析して、その命令の下におけるロボットの軌跡を特徴付ける際に、動作タイプ命令に含まれる軌跡タイプパラメータ格納ファイル名に基づいて、対応する軌跡タイプパラメータを解析する。具体的には、上記のジョブプログラムの例では、［６］行目の「ＡＲＣ（１）」という命令は、「溶接ファイル（１）」を呼び出して溶接することを意味し、「溶接ファイル（１）」は、軌跡タイプパラメータ格納ファイルの名前である。

命令が解析され、ジャンプ軌跡であることが特徴付けられると、ジャンプ軌跡に対応する軌跡タイプパラメータ格納ファイルを共有メモリから取得する。たとえば、［２］行目の命令において、ロボットはジャンプ軌跡の関節動作状態にあるため、解析ユニットは関節運動の軌跡タイプパラメータ格納ファイルを共有メモリから直接取得し、軌跡タイプパラメータには関節動作の角度や方向などのパラメータが含まれている。そして、ジャンプ軌跡が直線動作である場合、軌跡タイプパラメータには直線動作の向きなどのパラメータが含まれている。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。

ステップＳ１２０において、読み出し命令によりロボットの動作速度および軌跡タイプを取得した後、ステップＳ１３０が実行され、ロボットの動作速度および軌跡タイプに基づいて対応するゲインパラメータを取得する。本実施形態において、ロボットコントローラの共有メモリには、動作速度、軌跡タイプ、ゲインパラメータに関するゲインテーブルが予め格納され、動作制御計画ユニットがゲインテーブルをソートすることで、対応するゲインパラメータを取得する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、現在の動作速度に対するゲインパラメータは、所定のアルゴリズムにより、ロボットの現在の命令の動作速度に基づいて取得してもよい。各命令の動作速度および軌跡タイプから取得されるゲインパラメータにより、ロボットコントローラは、安定性の要求を満たすために命令［２］～［４］行の高速ジャンプ軌跡のゲインを低くし、精度の要求を満たすために命令［６］～［９］行の低速軌跡のゲインを高くすることができる。さらに、命令［６］～［９］の各行ごとにゲインを異ならせてもよい。

最後に、ステップＳ１４０が実行あれ、解析された動作速度、軌跡タイプ、軌跡タイプパラメータおよび対応するゲインパラメータに基づいてロボット動作命令を生成し、ロボットの各軸のサーボモータ駆動装置へ出力する。好ましくは、生成されたロボットの動作命令は、ＥｔｈｅｒＣＡＴバスインタフェースを介してロボットの各軸のサーボモータ駆動装置に出力される。動作コントロールバスインタフェースとしてのＥｔｈｅｒＣＡＴは、通信サイクルが短くて高速であり、各軸モータの速度ループゲインおよび位置ループゲインのパラメータを制御サイクルごとにリアルタイムに調整してロボットの各軸モータのサーボモータ駆動装置に送信し、リアルタイムに閉ループゲイン制御を実現できる。

上述したサーボモータゲインパラメータ制御方法に対応して、ロボットコントローラ１におけるサーボモータゲインパラメータ制御モジュールは、命令読み出しユニット、解析ユニット、動作制御計画ユニットおよび動作命令生成ユニットを含む。命令読み出しユニットは、ロボットの動作プログラムに含まれる各命令を順番に読み出す。読み込んだ命令が動作タイプ命令である場合、解析ユニットは読み込んだ動作タイプ命令ごとにロボットの動作速度、軌跡タイプおよび軌跡タイプパラメータを解析する。動作制御計画ユニットは、解析により取得されたロボットの動作速度および軌跡タイプに基づいて、対応するゲインパラメータを取得する。動作命令生成ユニットは、解析された動作速度、軌跡タイプ、軌跡タイプパラメータおよび対応するゲインパラメータに基づいてロボット動作命令を生成し、ロボットの各軸のサーボモータ駆動装置に出力する。

本実施形態において、解析ユニットの解析によって動作速度および軌跡タイプが取得された後、動作制御計画ユニットは、所定のゲインテーブルをソートし、対応するゲインパラメータを取得する。ただし、本発明はこれについて何ら限定もせず、他の実施形態によれば、動作制御計画ユニットは、高速動作の安定制御および低速動作の精密制御を実現するために、予め設定されたアルゴリズムによりロボットの現在の命令動作速度に基づいて、現在の動作速度における対応するゲインパラメータを取得してもよい。

本実施形態において、軌跡タイプパラメータはロボットコントローラの格納ファイルに予め設けられ、解析ユニットにより読み込んだ各動作タイプ命令を解析する際は、その命令に含まれる軌跡タイプまたは軌跡タイプパラメータの格納ファイルの名前に基づいて、対応する軌跡タイプパラメータを取得する。

本実施形態において、動作命令生成ユニットはデータ伝送モジュールを介してロボットの各軸のサーボモータ駆動装置に接続され、ロボットの動作命令を生成してＥｔｈｅｒＣＡＴバス伝送マスタ２１を介してロボットの各軸のサーボモータ駆動装置に出力している。具体的には、各サーボモータ駆動装置は、専用のＥｔｈｅｒＣＡＴスレーブ制御チップ（たとえば、ＡＸ５８１００シリーズのチップ）により、ＥｔｈｅｒＣＡＴバス伝送マスタ２１に対するスレーブとなっている。ただし、本発明はこれについて何ら限定もしない。

本実施形態に係るサーボモータゲインパラメータ制御システムは、本実施形態におけるステップＳ１１０～ステップＳ１４０のサーボモータゲインパラメータの制御方法を実行することによりサーボモータ駆動装置を制御するため、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態において、サーボモータゲインパラメータ制御方法では、各動作タイプ命令における動作速度および動作軌跡を解析して対応するゲインパラメータを取得し、ゲインパラメータは、ロボットの動作速度や動作軌跡に応じてリアルタイムに調整され、高速ジャンプ軌跡では高速動作の安定性を確保するために低いゲインパラメータを用い、低速動作軌跡では動作精度を満たすために高いゲインパラメータを用いる。さらに、各動作タイプ命令のゲインパラメータの調整により、ロボットの動作速度や軌跡タイプを非常に簡単かつ正確に取得でき、ゲイン制御の難易度およびコストを大幅に低減できる。

以上のとおり、本発明に係る汎用コンピュータを用いたロボット制御システムにおいて、電源モジュールは、メイン回路のパワーダウン後もロボットコントローラに電力を継続的に供給することにより、ロボットコントローラ内の操作モジュールによってデータ保存が完了できるようにし、パワーダウン時のデータ保護を実現している。セーフティユニットは、複数の安全回路を制御し、サーボ駆動モジュールが入力異常や故障に的確に応答して、非常停止できる。さらに、セーフティユニットとバス伝送マスタとが互いにモニタリングしているため、セーフティユニットまたはバス伝送マスタのどちらかが故障した場合、サーボ駆動モジュールはその故障に応答でき、複数モジュールの安全インターロック制御を実現し、安全制御レベルを大幅に向上できる。データ伝送モジュールでは、バス伝送マスタをベースとして拡張された第１インタフェースモジュールと標準の第２インタフェースモジュールとの組み合わせにより、応答性の高いデータの高速伝送を実現するだけでなく、伝送モジュールのコストを大幅に削減できる。ティーチングペンダントでは、ロボットコントローラ上でティーチングペンダントプログラムが動作し、ロボットコントローラからの端末ビデオ信号をティーチングペンダントが受け付けして、ロボットの動作状況をリアルタイムに表示する。この方法では、ティーチングペンダント端に独立のＣＰＵを組み込む必要がないため、ティーチングペンダントのコストを大幅に削減できるだけでなく、ティーチングペンダントプログラムの実行がロボットコントローラに搭載された高性能ＩＰＣによって行われるため、非常にパワフルで演算速度も速く、ロボットの動作をより正確に制御できる。

以上、好ましい実施形態によって本発明を説明したが、これらは本発明を限定するものではなく、いわゆる当業者であれば、本発明の技術的思想および特許請求の範囲から逸脱せず、一部の変更および改良を行うことができるが、本発明の保護範囲に含まれる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって定められる。

Claims (19)

1. 汎用コンピュータを用いたロボット制御システムであって、
   ロボットコントローラと、
   データ伝送モジュールと、
   前記データ伝送モジュールを介して前記ロボットコントローラに接続され、前記ロボットコントローラからの動作命令を受け付けてロボットの動作を駆動する、サーボ駆動モジュールと、
   前記データ伝送モジュールを介して前記ロボットコントローラおよび前記サーボ駆動モジュールのそれぞれに接続され、入力異常信号または故障信号を受け付けた場合、前記サーボ駆動モジュールの出力をオフにし、前記入力異常信号または前記故障信号を前記ロボットコントローラに送信する、セーフティユニットと、
   前記ロボットコントローラからの端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付けるとともに、第２制御インタラクティブ信号を前記ロボットコントローラに送信することにより前記ロボットコントローラの動作を制御する、ティーチングペンダントと、
   前記ロボットコントローラおよび前記セーフティユニットのそれぞれに電気的に接続されている、電源モジュールと、
   を含み、
   前記セーフティユニット、前記サーボ駆動モジュールおよび前記データ伝送モジュールにおけるバス伝送マスタは相互に接続されており、前記セーフティユニットと前記バス伝送マスタは互いにモニタリングし、前記セーフティユニットと前記サーボ駆動モジュールとの間には第１安全回路が設けられ、前記バス伝送マスタと前記サーボ駆動モジュールとの間には第２安全回路が設けられ、
   前記セーフティユニットが、入力異常信号を受け付けし、前記バス伝送マスタの故障または自己故障を検出した場合、前記第１安全回路内において第１安全制御信号を生成することにより前記サーボ駆動モジュールの出力をオフでき、
   前記バス伝送マスタが、前記セーフティユニットからの入力異常信号を受け付けし、自己故障または前記セーフティユニットの故障を検出した場合、前記第２安全回路内において第２安全制御信号を生成することにより前記サーボ駆動モジュールの出力をオフできる、
   汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
2. 前記ロボットコントローラ内のリアルタイム操作モジュールは、バス伝送マスタに接続されており、リアルタイム操作モジュールに故障が発生した場合、
   バス伝送マスタは、第１安全回路を介して第１安全制御信号を出力することによりサーボ駆動モジュールの出力をオフにするとともに、リアルタイム操作モジュールの故障信号をセーフティユニットに出力し、
   セーフティユニットは、第２安全回路を介して第２安全制御信号を出力することにより、サーボ駆動モジュールの出力をオフにする、
   請求項１に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
3. 前記ロボットコントローラは、非リアルタイム操作モジュールをさらに含み、非リアルタイム操作モジュールに故障が発生した場合、リアルタイム操作モジュールは非リアルタイム操作モジュールの故障信号を取得してバス伝送マスタに出力し、バス伝送マスタは第1安全回路および第2安全回路を介してサーボ駆動モジュールの出力をオフにする、
   請求項２に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
4. 前記ロボットコントローラは、リアルタイム操作モジュールおよび非リアルタイム操作モジュールが共有する格納ジュールをさらに含み、両者は共有の格納モジュールを介してそれぞれ相手のハートビート信号を取得することにより相手の状態をモニタリングする、
   請求項３に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
5. 非リアルタイム操作モジュールはセーフティユニットに接続され、セーフティユニットが非リアルタイム操作モジュールの状態をモニタリングし、
   リアルタイム操作モジュールに故障が発生した場合、非リアルタイム操作モジュールがセーフティユニットに故障信号を出力し、セーフティユニットが第１安全制御信号を出力することによりサーボ駆動モジュールの出力をオフにし、
   非リアルタイム操作モジュールに故障が発生した場合、セーフティユニットは故障信号をモニタリングし、第１安全制御信号を出力することによりサーボ駆動モジュールの出力をオフにする、
   請求項２または３に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
6. セーフティユニットが入力異常信号を受け付けた場合、入力異常信号を非リアルタイム操作モジュールに送信し、非リアルタイム操作モジュールは、格納モジュールを介して入力異常信号をリアルタイム操作モジュールに送信し、リアルタイム操作モジュールによってバス伝送マスタが第２安全制御信号を出力してサーボ駆動モジュールの出力をオフにする、
   請求項５に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
7. 前記電源モジュールは、
   電力変換回路と、
   前記電力変換回路の出力に接続され、前記ロボットコントローラに電力を供給する、コントローラ電源モジュールと、
   前記電力変換回路に接続され、電力変換回路の入力電圧を検出し、メイン回路がパワーダウンされ、電力変換回路の入力電圧が設定閾値より低い場合、停電保護機能付き電源が停電トリガ信号を出力することによりロボットコントローラがパワーダウン貯蓄する、ネットワーク電圧検出モジュールと、
   コントローラ電源モジュールに接続され、電力変換回路の正常動作時にエネルギーを貯蔵し、電力変換回路の入力電圧が設定閾値より低い場合、コントローラ電源モジュールが正常に動作できるようにエネルギーを出力することによりコントローラ電源モジュールがロボットコントローラに電力を供給してデータの保存を完了できるようにする、蓄電モジュールと、を含む、
   請求項１に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
8. 前記蓄電モジュールは、電力変換回路の正負母線の間に接続されたコンデンサを含み、電力変換回路が正常に電力供給されている場合にはコンデンサを充電し、電力変換回路の入力電圧が設定閾値より低い場合、コンデンサはコントローラ電源モジュールが正常動作できるようにエネルギーを放電する、
   請求項７に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
9. 前記電源モジュールは、コントローラ電源モジュールの出力端を跨って接続された出力コンデンサをさらに含み、出力コンデンサは、電力変換回路の正常動作の場合にはエネルギーを貯蔵し、電力変換回路の入力電圧が設定閾値よりも低い場合にはエネルギーを放電し、放電されたエネルギーは蓄電モジュールの出力エネルギーと重畳されてロボットコントローラに出力される、
   請求項７に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
10. 電源タイミング管理ユニットをさらに含み、前記電源タイミング管理ユニットは、
    パワーダウンした後、メイン回路が再度パワーアップされる際、電源モジュールの出力状態を判断する、電源判定モジュールと、
    前記電源モジュールが停電保護出力にある場合、前記ロボットコントローラがシャットダウンされたか否かを判断する、コントローラ判定モジュールと、
    ロボットコントローラがシャットダウンされた場合、操作モジュールを再起動するためのパワーアップトリガ信号をロボットコントローラに出力し、ロボットコントローラがシャットダウンされていない場合、ロボットコントローラ内のティーチングペンダントプログラムの状態またはロボットコントローラマザーボードのパワーダウン信号をリアルタイムにモニタリングする、タイミング制御モジュールと、
    を含み、
    ティーチングペンダントプログラムがパワーダウンしたことをモニタリングした場合、ロボットコントローラを所定時間ディレイさせてシャットダウンし、ディレイ終了時にロボットコントローラにパワーアップトリガ信号を出力して操作モジュールを再起動させ、
    または、ロボットコントローラのマザーボードからパワーダウン信号を受け付けた場合、ロボットコントローラにパワーアップトリガ信号を出力し、操作モジュールを再起動させる、
    請求項７に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
11. 電源モジュールが停電保護出力してあり、かつ、ロボットコントローラがまだシャットダウンされていない場合、タイミング制御モジュールは、ロボットコントローラ内のティーチングペンダントプログラムから出力されるハートビート信号を所定間隔をおいてモニタリングおよび確認し、ハートビート信号が予め設定した間隔内に受け付けされない場合、ティーチングペンダントプログラムがパワーダウンしたと判定される、
    請求項１０に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
12. ロボットコントローラがシャットダウンされた場合、タイミング制御モジュールは、電源モジュールとロボットコントローラとの間の通路を切り離した後に再び閉じて、ロボットコントローラに立ち上がりエッジを有するパワーアップトリガ信号を供する、
    請求項１１に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
13. 電源タイミング管理ユニットは、メイン回路がパワーダウンした場合、停電保護出力状態となり、ロボットコントローラに停電トリガ信号を出力して、ロボットコントローラがパワーダウン貯蓄を行うようにする、
    請求項１０に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
14. 前記ティーチングペンダントは、
    ロボットコントローラによって送信された端末ビデオ信号および第１制御インタラクティブ信号を受け付ける、受信モジュールと、
    受け付けた端末ビデオ信号をティーチングペンダントに表示し、受け付けた第１制御インタラクティブ信号に応答して、第１制御インタラクティブ信号内の情報をティーチングペンダント上の対応する表示領域に表示する、ディスプレイモジュールと、
    ティーチングペンダントのパネルから入力された信号または他の端末から入力された信号を取得し、第２制御インタラクティブ信号を生成する、入力信号取得モジュールと、
    前記ロボットコントローラの動作を制御するために、前記ロボットコントローラに第２制御インタラクティブ信号を送信する、送信モジュールと、
    を含む、
    請求項１０に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
15. 前記ティーチングペンダントは、さらに、
    前記受信モジュールに電気的に接続され、前記受信モジュールから出力された前記端末ビデオ信号および前記第１制御インタラクティブ信号を符号化して前記表示モジュールに出力する、復号化モジュールと、
    前記入力信号取得モジュールに電気的に接続され、前記第２制御インタラクティブ信号を符号化して前記送信モジュールに出力する、符号化モジュールと、
    を含む、
    請求項１４に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
16. 前記データ送信モジュールは、
    ロボットコントローラに接続されるバス伝送マスタであって、ロボットコントローラがバス伝送マスタを介して複数の駆動モジュールに接続されてロボットの動作状態を制御する、バス伝送マスタと、
    バス伝送マスタを介してロボットコントローラに接続され、第１種信号を伝送する第１インタフェースモジュールと、
    ロボットコントローラに接続され、第２種信号を送信する、第２インタフェースモジュールと、
    を含み、
    第１インタフェースモジュールは、第２インタフェースモジュールよりも伝送速度が速く、ロボットコントローラは、第２種信号よりも第１種信号に対して高い応答レベルを有する、
    請求項１に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
17. バス伝送通信ネットワークはＥｔｈｅｒＣＡＴネットワークであり、バス伝送マスタはＥｔｈｅｒＣＡＴマスタであり、第１インタフェースモジュールおよび複数の駆動モジュールはバス伝送マスタのＥｔｈｅｒＣＡＴスレーブとして用いられる、
    請求項１６に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
18. ロボットコントローラは、マスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法を用いてサーボ駆動モジュールを制御し、前記マスタ・スレーブ協調型ロボット制御方法は、
    ロボットのジョブプログラム命令を読み出すステップと、
    読み込んだ命令を解析して、各ロボットの番号情報、現在の動作情報および各ロボットのマスタ・スレーブ関係を特徴付ける現在のマスタ・スレーブ関係情報を取得するステップと、
    解析により取得された各ロボットの番号情報、現在の動作情報および現在のマスタ・スレーブ情報に基づいて、動作パラメータプロファイルから各ロボットの対応する動作パラメータをマッチングするステップと、
    マッチングされた動作パラメータおよび各ロボットの現在のマスタ・スレーブ情報に基づいてマスタ・スレーブ協調制御アルゴリズムを呼び出し、マスタ・スレーブ協調制御を行うステップと、
    を含む、
    請求項１に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。
19. ロボットコントローラは、ロボットジョブプログラムに基づくゲイン制御方法を用いてサーボ駆動モジュールを制御し、前記ロボットジョブプログラムに基づくゲイン制御方法は、
    ロボットジョブプログラムに含まれる各命令を順番に読み出すステップと、
    読み込んだ命令が動作タイプ命令である場合、読み込んだ動作タイプ命令のそれぞれにおいて、ロボットの動作速度、軌跡タイプおよび軌跡タイプパラメータを解析するステップと、
    前記解析により取得されたロボットの動作速度および軌跡タイプに基づいて、対応するゲインパラメータを取得するステップと、
    解析された動作速度、軌跡タイプ、軌跡タイプパラメータおよび対応するゲインパラメータに基づいて、ロボットの動作命令を生成し、ロボットの各軸のサーボモータ駆動装置に出力するステップと、
    を含む、
    請求項１に記載の汎用コンピュータを用いたロボット制御システム。

Images