JP4743652B2

JP4743652B2 - 駆動軸操作システム

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Publication number: JP4743652B2
Application number: JP2004059350A
Authority: JP
Inventors: 研司松熊; 道春田中; 隆一守田; 直行元村; 博幸半田; 誠一郎岡田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP2005250784A

Description

本発明は、産業用ロボットあるいは数値制御装置等の駆動軸を備える自動機械の制御装置と、操作者が操作を行なう操作装置とを無線通信で接続した駆動軸操作システムに関する。

産業用ロボットや数値制御装置等の自動機械においては、通常、駆動軸を制御するコントローラ等の駆動軸制御装置の設置場所と、自動機械の設置場所とが離れている場合が多い。操作者としては、実際の作業位置に近い所で自動機械を目視しながら駆動軸を操作したいが、該駆動軸制御装置上に搭載されたパネルでは、作業状況を確認しつつ操作することは容易ではない。このため、駆動軸制御装置とは別体の操作装置を設け、操作者が作業位置の近くでこれを携帯して駆動軸を操作する方法が一般的である。
この操作装置と駆動軸制御装置との間の接続は従来有線ケーブルによって行われてきたが、ケーブルが操作の妨げになることが多く、近年、より操作性および携帯性に優れる無線通信による接続が求められている。
ところが、無線通信を用いた場合、通信環境に存在する電波障害等の影響のため、送信した情報が確実に伝送されているか否かの判断が困難であり、信頼性に欠けるという問題があった。
無線通信の信頼性を向上するための取り組みとしては、コードレス電話あるいは携帯電話の時分割多重回路の故障検出を目的として提案されているものがある。以下、図に基づいて説明する。

図７は、特許文献１に示す従来例における故障検出回路の構成図である、図において、１０１は無線通信端末、１０２はＣＰＵであり、前記無線通信端末１０１を統括制御する、１０３は送信部であり、図示しない基地局あるいは他の無線通信端末に信号を送信する、１０４は受信部であり、図示しない基地局あるいは他の無線通信端末から信号を受信する。通常運用時は音声データ等を送信部１０３から送信し、受信部１０４から受信することで無線による送受信を実現している。
ここで送信部１０３および受信部１０４の故障検出を行なう場合には、通常運用とは異なる故障検出モードに移行する。故障検出モードでは、送信部１０３からデータを送信データとして送信すると同時に、該送信データを受信部１０４から受信して受信データとする。該送信データと該受信データとは比較部１０５において全データが比較され、その比較結果に基づいてＣＰＵ１０２が故障判定を行なう。
特開平１１−４６１７５号公報

コードレス電話および携帯電話等の分野では、一時的に無線通信が途絶したり、通信誤りが発生しても再送などが可能なため大きな支障はないが、自動機械の操作に用いられる無線通信では、通信途絶や通信誤りは自動機械の暴走につながるため、より高い信頼性が求められる。
しかし特許文献１にある従来例では、送信部１０３や受信部１０４の故障、あるいは無線通信端末１０１の近傍での電波障害は検出可能だが、通信相手となる基地局や他の無線通信端末に確実に無線信号が届いているか否かの検出は不可能であった。また、通常運用を一時停止して故障検出モードに移行する必要があるため、通信しながら同時に故障検出することが困難であった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、操作装置と駆動軸制御装置相互間で確実に無線信号が届いていることを保証でき、また通信しながら同時に故障検出が可能な、駆動軸操作システムを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、駆動軸と、該駆動軸を駆動制御する駆動軸制御装置と、前記駆動軸を駆動するための操作部と表示部を有する操作装置と、を備え、前記操作部への操作に基づく操作入力情報と前記表示部への表示情報を、前記駆動制御装置と前記操作装置との間を無線により送受信をおこなう駆動軸操作システムにおいて、前記駆動軸制御装置は、前記操作装置と前記操作入力情報および前記表示情報を送受信する第１送受信部と、前記操作装置からの前記操作入力情報を受信する第１受信部と、前記第１送受信部で受信した前記操作装置からの前記操作入力情報と前記第１受信部で受信した前記操作装置からの前記操作入力情報とを比較する第１比較部と、前記第１比較部での比較結果が一致しない時に前記駆動軸の駆動電源の遮断を行う駆動電源制御部と、を備え、前記操作装置は、前記駆動軸制御装置と前記操作入力情報および前記表示情報を送受信する第２送受信部と、前記駆動軸制御装置からの前記表示情報を受信する第２受信部と、前記第２送受信部で受信した前記駆動軸制御装置からの前記表示情報と前記第２受信部で受信した前記駆動軸制御装置からの前記表示情報とを比較する第２比較部と、を備え、前記第２比較部での比較結果が一致しない時に、前記駆動軸制御装置に通信情報異常を前記第２送受信部より送信、または前記第２送受信部から前記駆動軸制御装置への送信を中断することを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、前記第２比較部での比較結果が一致しない時は、前記第２比較部での比較結果が一致しない時は、前記操作装置から前記駆動軸制御装置へ送信される前記操作入力情報に含まれる操作装置異常情報をセットして前記第２送受信部より送信され、前記操作装置異常情報がセットされた前記操作装置からの前記操作入力情報を受信した前記第１送受信部または前記第１受信部は、前記駆動電源制御部へ前記駆動軸の駆動電源の遮断を行う出力をすることを特徴とするものである。

請求項１乃至請求項２に記載の発明によると、駆動軸制御装置と操作装置との無線通信に障害が発生した場合には、送信側と受信側の双方でこれを検出し、すみやかに駆動軸を停止させることができる。また、特別な故障検出モードを設けることなく、通常の運用時に前記通信障害を常時検出することができるため、より高い通信の信頼性と操作者への安全性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。実際の無線局には様々な機能や手段が内蔵されているが、本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。

図１は、本発明の第１の実施の形態における駆動軸操作システムの構成図である。図において、１は自動機械に備わる駆動軸、２は駆動軸制御装置であり、駆動軸１に接続されて駆動軸１を制御する。３は操作装置であり、駆動軸制御装置２と無線で接続され、操作者の操作で駆動軸１の動作を行なう。例えばロボットシステムの場合、駆動軸１は複数のモータ軸を有するロボット本体、駆動軸制御装置２はロボットコントローラ、操作装置３はプログラミングペンダントがこれらに相当する。
駆動軸制御装置２には、駆動軸１を駆動する駆動部４、駆動部４に電源５から電力を供給する駆動電源制御部６、駆動軸制御装置２の全体を統括制御する制御部７が備えられている。また駆動電源制御部６には駆動軸制御装置２に備わる非常停止スイッチ８が接続されており、非常時にはこれを押下することで駆動部４への電源供給を遮断するようになっている。

操作装置３には、操作者に情報を提示する表示部９、操作者が操作するための操作部１０、電源を供給するバッテリ１１、操作装置３の全体を統括制御する制御部１２が備えられている。また制御部１２には非常停止スイッチ１３、イネーブルスイッチ１４の各信号がインターフェース回路を介して接続されている。操作装置３では、操作者の操作入力情報を駆動軸制御装置２に送信、および駆動軸制御装置２より操作者に操作等を促す表示情報を受信することで、駆動軸１で行なう作業のプログラム登録や編集、あるいは諸条件の設定を行なう。

続いて、駆動軸制御装置２と操作装置３の無線通信に関する部分について説明する。
駆動軸制御装置２には第１送受信部１５と第１受信部１６、第１比較部１７が備えられ、操作装置３には第２送受信部１８と第２受信部１９、第２比較部２０が備えられている。
第１送受信部１５と第２送受信部１８は送受信の切り替えが可能な無線通信装置であり、互いに無線接続されて操作入力情報や表示情報の授受を行なう。また、第１受信部１６と第２受信部１９は受信のみ可能な無線通信装置であり、前記送受信部１５および１８と同じ無線チャンネルに常時設定されて、前記操作入力情報や表示情報を傍受する。

第１比較部１７は、第１送受信部１５と第１受信部１６に接続され、双方に保持された送信あるいは受信された情報が一致しているか否かを比較する。比較の結果、一致していなければ駆動電源制御部６で駆動軸の電源を遮断する。
同様に第２比較部２０は、第２送受信部１８と第２受信部１９に接続され、双方に保持された送信あるいは受信された情報が一致しているか否かを比較する。比較結果は制御部１２に送られ、通信情報が異常となったことを駆動軸制御装置２へ通知するため、操作装置異常情報の送信あるいは送信の中断を行なう。

図２は、第１の実施の形態における駆動軸制御装置２の処理手順を示すフローチャートである。駆動軸制御装置２は、操作装置３との通信が確立されると、第１送受信部１５を受信に設定する（ステップＳ１０１）。操作装置３から操作入力情報が送信されると、これを第１送受信部１５で受信（ステップＳ１０２）と同時に第１受信部１６でも受信し（ステップＳ１０３）、双方の受信データを第１比較部１７において比較する（ステップＳ１０４）。比較結果が一致しなかった場合には、ステップＳ１０５に進んで駆動軸の電源遮断処理を行なう。比較結果が一致した場合にはステップＳ１０６に進み、受信した操作入力情報に基づくロボット動作等の処理を行なう。

続いて処理結果を反映した表示情報を操作装置３に送信するため、第１送受信部１５を送信に設定する（ステップＳ１０７）。第１送受信部１５より表示情報を送信する（ステップＳ１０８）のと同時に該情報を第１受信部１６で傍受し（ステップＳ１０９）、双方のデータを第１比較部１７において比較する（ステップＳ１１０）。比較結果が一致しなかった場合には、ステップＳ１０５に進んで駆動軸の電源遮断処理を行なう。比較結果が一致した場合には、ステップＳ１０１に戻って再度操作入力情報の受信を行なう。図示していないが、ステップＳ１０１より所定時間以内に操作装置３からの操作入力情報が受信されなければ、操作装置３の異常と判断して駆動軸の電源遮断を行なう。

図３は、第１の実施の形態における操作装置３の処理手順を示すフローチャートである。操作装置３は、駆動軸制御装置２との通信が確立されると、第２送受信部１８を送信に設定する（ステップＳ２０１）。第２送受信部１８より操作入力情報を送信する（ステップＳ２０２）と同時に該操作入力情報を第２受信部１９で傍受し（ステップＳ２０３）、双方の操作入力情報を第２比較部２０において比較する（ステップＳ２０４）。比較結果が一致しなかった場合には、ステップＳ２０５に進んで通信異常処理を行なう。比較結果が一致した場合には、ステップＳ２０６に進み、第２送受信部１８を受信に設定する。駆動軸制御装置２から操作入力情報に基づく処理結果を反映した表示情報が送信されると、これを第２送受信部１８で受信する（ステップＳ２０７）と同時に第２受信部１９でも受信し（ステップＳ２０８）、双方の受信した表示情報を第２比較部２０において比較する（ステップＳ２０９）。比較結果が一致しなかった場合には、ステップＳ２０５に進んで通信異常処理を行なう。比較結果が一致した場合にはステップＳ２１０に進み、受信した画面出力情報に基づく画面表示等の処理を行なう。

ステップ２０５の通信異常処理は、操作装置３より送信される操作入力情報に含まれる操作装置異常情報をセットして、次回の操作入力情報を送信する時に駆動軸制御装置２に送信して駆動電源の遮断を行なう。あるいは、操作装置３よりの送信を停止して、第１送受信部１５が所定時間以上操作入力情報を受信しないことで操作装置３の異常を通知することでて駆動電源の遮断を行なう。
以上のような構成により、駆動軸制御装置２と操作装置３との無線通信に障害が発生した場合には、送信側と受信側の双方でこれを検出することができる。また、特別な故障検出モードを設けることなく、通常の運用時に前記通信障害を常時検出することができ、異常発生時には駆動軸の電源を速やかに遮断して操作者の安全を確保するため、より高い安全性を確保することができる。

図４は、第１の実施の形態における駆動電源制御部６の内部構成の一例を示す図である。駆動電源制御部６の内部にはリレー２１乃至２６が備えられている。リレー２１は非常停止スイッチ８に接続されており、非常停止スイッチ８が押下されれば接点が開路するようになっている。リレー２２は制御部７に接続されており、操作者が教示モードを選択すれば常開接点２２ａが閉路し、再生モードを選択すれば常閉接点２２ｂが閉路するようになっている。リレー２３は同じく制御部７に接続されており、制御部７からの停止指令に従って接点が開くようになっている。リレー２４は第１比較部１７に接続されており、第１送受信部１５と第１受信部１６とに保持されたデータの比較結果が一致しなかった場合に接点が開くようになっている。またリレー２５は第１送受信部１５に接続されており、第２送受信部１８からの操作入力情報に含まれる非常停止スイッチ１３、イネーブルスイッチ１４、操作装置異常の各情報に基づいて接点が開路するようになっている。また、第２送受信部１８からの操作入力情報が所定の時間以上受信しなくなった場合に接点を開くようになっている。リレー２６はリレー２１乃至２５の動作状況に応じて、駆動部４に電源を供給するか否かを切替える。

操作者が操作装置を用いて駆動軸を動作する教示モードの時は、リレー接点２２ａが閉じられる。非常停止スイッチ８が押されておらず、制御部７からの停止指令が無く、第１比較部１７の比較結果が一致し、さらに操作装置３の非常停止スイッチ１３は押されておらず、イネーブルスイッチ１４が押下され、操作装置異常は発生していなくて、第１送受信部１５に所定時間以内に操作入力情報が受信されている状態で初めてリレー２６が通電励磁して、駆動部４に電源が供給されることで、駆動軸１は動作可能になる。操作装置３の非常停止スイッチ１３が操作され、またはイネーブルスイッチ１４が解放され、または操作装置異常が発生、または第１送受信部１５が信号を受信しなくなるとリレー２５の接点が開かれ、駆動軸１は電源遮断され停止する。また、第１比較部１７の比較結果が一致しなければリレー２４の接点が開かれ、駆動軸１は電源遮断され停止する。

教示した内容に基づき駆動軸１を動作させる再生モードの時は、リレー接点２２ｂが閉じられる。この場合は、非常停止スイッチ８が押されていなければリレー２６が通電励磁して、駆動部４に電源が供給されることで、駆動軸１は動作可能になる。
上記のような構成により、無線通信障害による通信途絶や通信誤りを検出した場合には、すみやかに駆動軸１を停止させることで、より高い安全性を確保することができる。

図５は、第２の実施の形態における駆動軸制御装置２の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、操作装置３から操作入力情報を受信すると、該操作入力情報をそのまま操作装置３に送り返す。操作装置３は送信した操作入力情報と送り返されてきた操作入力情報を比較し、その比較結果を含む一致確認情報を送信する。駆動軸制御装置２はこの一致確認情報を受信し、比較結果が一致していると判断して初めて、該操作入力情報に基づくロボット動作等の処理を行なう。

駆動軸制御装置２は、操作装置３との通信が確立されると、第１送受信部１５を受信に設定する（ステップＳ３０１）。操作装置３から操作入力情報が送信されると、これを第１送受信部１５で受信（ステップＳ３０２）と同時に第１受信部１６でも受信し（ステップＳ３０３）、双方の受信データを第１比較部１７において比較する（ステップＳ３０４）。比較結果が一致しなかった場合には、ステップＳ３０５に進んで駆動軸の電源遮断処理を行なう。比較結果が一致した場合には、ステップＳ３０６に進み、第１送受信部１５を送信に設定する。ステップＳ３０２で受信した操作入力情報を送信（ステップＳ３０７）と同時に第１受信部１６で受信し（ステップＳ３０８）、双方の受信データを第１比較部１７において比較する（ステップＳ３０９）。比較結果が一致しなかった場合には、ステップＳ３０５に進んで駆動軸の電源遮断処理を行なう。

比較結果が一致した場合には、ステップＳ３１０に進み、第１送受信部１５を受信に設定する。操作装置３からの一致確認信号を第1送受信部１５より受信（ステップＳ３１１）と同時に第１受信部１６でも受信し（ステップＳ３１２）、双方の受信データである一致確認信号を第１比較部１７において比較する（ステップＳ３１３）。比較結果が一致しなかった場合には、ステップＳ３０５に進んで駆動軸の電源遮断処理を行なう。比較結果が一致した場合には、ステップＳ３１４に進み、受信した操作入力情報に基づくロボット動作等の処理を行なう。

操作装置３からの一致確認信号は、操作装置３より送信された操作入力情報（ステップＳ３０２で操作装置３より送信される送信データ）と、操作装置３へ返送された操作入力情報（ステップＳ３０７で操作装置３が受信する受信データ）とを操作装置３の第２比較部２０で比較し、一致確認信号あるいは不一致信号を駆動軸制御装置２へ返送する。
操作入力情報に基づくロボット動作等の処理結果を反映した表示情報を操作装置３に送信する場合は、第１の実施の形態と同様であって、第１送受信部１５を送信に設定する（ステップＳ３１５）。第１送受信部１５より表示情報を送信する（ステップＳ３１６）のと同時に該情報を第１受信部１６で傍受し（ステップＳ３１７）、双方のデータを第１比較部１７において比較する（ステップＳ３１８）。比較結果が一致しなかった場合には、ステップＳ３０５に進んで駆動軸の電源遮断処理を行なう。比較結果が一致した場合には、ステップＳ３０１に戻って再度操作入力情報の受信を行なう。

上記のような構成により、少なくとも操作入力情報が駆動軸制御装置２に信号が正しく届いているか否かを確認することができるため、通信の信頼性を保証することができる。
なお、本実施の形態では安全性により深く関連する操作入力情報を送り返して比較させるようにしているが、表示情報についても操作装置３よりそのまま返送し、駆動軸制御装置２で一致を確認して、不一致であると駆動軸の電源遮断を行なうこともできる。

図６は、第２の実施の形態において駆動軸制御装置２と操作装置３との間で授受される送受信データの構成を示す図である。
図にあるように、操作装置３と駆動軸制御装置２間の送受信データは、送信元の識別符号、送信先の識別符号およびデータ長が格納されたヘッダと送信データから構成され、さらにＣＲＣＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋＣｏｄｅ）を付加することで、送信データ全体の通信誤りのチェックを行なう。図において、（ａ）はステップＳ３０２およびステップＳ３０３で操作装置３より駆動軸制御装置２が受信する操作入力情報である。（ｂ）はステップＳ３０７およびステップ３０８で駆動軸制御装置２より操作装置３へ返送される操作入力情報である。（ｃ）はステップＳ３１１およびステップＳ３１２で操作装置３より駆動軸制御装置２が受信する一致確認信号である。（ｄ）はステップＳ３１６およびステップ３１７で駆動軸制御装置２より操作装置３へ送信される表示情報である。通常の操作とそれに伴う表示は以上の（ａ）乃至（ｄ）のデータ構成で送受信が行なわれる。

しかし、操作装置３で操作部１０の操作を連続して行なった場合、ステップＳ３０７およびステップ３０８で駆動軸制御装置２より操作装置３へ返送される操作入力情報と、ステップＳ３１６およびステップ３１７で操作入力情報に基づくロボット動作等の処理結果を反映した表示情報を操作装置３に送信とが略同時となることがある。その時は、（ｅ）のように返送される操作入力情報と、表示情報とを複合情報として操作装置３に送信する。
操作装置３は、送信した操作入力情報と、戻ってきた複合信号の中の操作入力情報とを比較し、一致していない場合には非常停止等の処理を行なう。
上記のような構成により、通信相手に信号が正しく届いているか否かを直接確認することができるため、通信の信頼性を保証することができる。

図２のステップＳ１０４、ステップＳ１１０あるいは図５のステップＳ３０４、ステップＳ一致３０９、ステップＳ３１３、ステップＳ３１８の各ステップで行なう第１比較部での比較結果が一致しなかった場合は、駆動軸の電源遮断処理を行なうと共に、操作装置３の表示部９へ通信異常の発生と通信異常を検出したステップに対応した符号を表示する。
また、図３のステップＳ２０４、ステップＳ２０９各ステップで行なう第２比較部での比較結果が一致しなかった場合は、通信異常処理を行なうが、この中で操作装置３の表示部９へ通信異常の発生と通信異常を検出したステップに対応した符号を表示する。この場合、表示は操作装置３の制御部１２で生成される。
本実施例の形態によれば、通信異常状態の検出ステップをより早く特定でき、速やかな原因の解決を支援することができる。
また、操作装置３で検出される通信異常は、駆動軸制御装置２が、操作装置異常情報の検出や所定時間以上操作入力情報を受信しないことで検出することができ、この検出に基づいて操作装置３の表示部９へ通信異常の発生を表示することでも同様の効果を奏する。

本発明は、半導体製造装置の位置決め装置、工作機械や産業用ロボットを無線により操作する制御装置に利用できる。また、通信媒体を無線に限定することなく、有線接続でより安全性・確実性を確保する方法としても有効である。

第１の実施の形態における駆動軸操作システムの構成図第１の実施の形態における駆動軸制御装置の処理手順を示すフローチャート第１の実施の形態における操作装置の処理手順を示すフローチャート第１の実施の形態における駆動電源制御部の内部構成を示す図第２の実施の形態における駆動軸制御装置の処理手順を示すフローチャート第２の実施の形態における送受信データの構成を示す図従来例における故障検出回路の構成図

符号の説明

１駆動軸
２駆動軸制御装置
３操作装置
４駆動部
５電源
６駆動電源制御部
７制御部
８非常停止スイッチ
９表示部
１０操作部
１１バッテリ
１２ＣＰＵ
１３非常停止スイッチ
１４イネーブルスイッチ
１５第１送受信部
１６第１受信部
１７第１比較部
１８第２送受信部
１９第２受信部
２０第２比較部
２１リレー
１０１無線通信端末
１０２ＣＰＵ
１０３送信部
１０４受信部
１０５比較部

Claims

駆動軸と、該駆動軸を駆動制御する駆動軸制御装置と、前記駆動軸を駆動するための操作部と表示部を有する操作装置と、を備え、
前記操作部への操作に基づく操作入力情報と前記表示部への表示情報を、前記駆動制御装置と前記操作装置との間を無線により送受信をおこなう駆動軸操作システムにおいて、
前記駆動軸制御装置は、
前記操作装置と前記操作入力情報および前記表示情報を送受信する第１送受信部と、
前記操作装置からの前記操作入力情報を受信する第１受信部と、
前記第１送受信部で受信した前記操作装置からの前記操作入力情報と前記第１受信部で受信した前記操作装置からの前記操作入力情報とを比較する第１比較部と、
前記第１比較部での比較結果が一致しない時に前記駆動軸の駆動電源の遮断を行う駆動電源制御部と、を備え、
前記操作装置は、
前記駆動軸制御装置と前記操作入力情報および前記表示情報を送受信する第２送受信部と、
前記駆動軸制御装置からの前記表示情報を受信する第２受信部と、
前記第２送受信部で受信した前記駆動軸制御装置からの前記表示情報と前記第２受信部で受信した前記駆動軸制御装置からの前記表示情報とを比較する第２比較部と、を備え、
前記第２比較部での比較結果が一致しない時に、前記駆動軸制御装置に通信情報異常を前記第２送受信部より送信、または前記第２送受信部から前記駆動軸制御装置への送信を中断すること
を特徴とする駆動軸操作システム。
前記第２比較部での比較結果が一致しない時は、前記操作装置から前記駆動軸制御装置へ送信される前記操作入力情報に含まれる操作装置異常情報をセットして前記第２送受信部より送信され、前記操作装置異常情報がセットされた前記操作装置からの前記操作入力情報を受信した前記第１送受信部または前記第１受信部は、前記駆動電源制御部へ前記駆動軸の駆動電源の遮断を行う出力をすることを特徴とする請求項１に記載の駆動軸操作システム。