JP4766335B2

JP4766335B2 - 多軸制御システム

Info

Publication number: JP4766335B2
Application number: JP2007064480A
Authority: JP
Inventors: 史亮池田; 健有江
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: JP2008225949A

Description

本発明は、複数のモータを有するドライブシステムにおいて、これら複数のモータを協調して制御する多軸制御システムに関する。

１つのコントローラ（マスタ機器）と１つまたは複数のドライブ装置（スレーブ機器）からなる多軸制御システムにおいて、コントローラと複数のドライブ装置間のシリアル通信装置の一実施形態として、特許文献１に示すような多局同期通信装置がある。特許文献１に記載の多局同期通信装置は、図７に示すように、スレーブ機器数が増えても通信周期を増加させないために、スター結合型の同期通信装置を提案しその技術を開示しているが、スレーブ機器における瞬時リセットの発生をマスタ機器によって検出する技術について触れていない。

従来、マスタ機器でのスレーブ機器の異常検出は、例えば、図９に示すように（特許文献２）、専用のアラーム通信ライン（Ｌ２）を利用することによって、または、マスタ機器が通信のタイムアップやスレーブ機器のステータスを解析することによって行われていた。この従来の技術を図７に示す多局同期通信装置に適用を検討するに、専用のアラーム通信ラインを設けることは、マスタ機器とスレーブ機器間の配線数が増えるので採用できない。また、マスタ機器がスレーブ機器からの応答のタイムアップやスレーブ機器のステータスを解析する方法を採用しても、スレーブ機器で発生した瞬時リセットを発見できないという問題がある。以下、それについて図８を用いて説明する。

多軸制御システムが起動されると、スレーブ機器の通信ＩＣは、リセットによって内部データがクリアされた後動作状態に移行し、マスタ機器からの指令データに対し応答データを返すという動作を基本周期で周期的に繰り返す。また、応答データはスレーブ機器のステータスとしてスレーブ機器の通信ＩＣがリセット状態か動作状態であるかの情報その他のスレーブ機器の状態に関する情報と、指令データに従ってモータを制御したときのフィードバックデータ等を含んでいる。スレーブ機器の通信ＩＣがリセット状態か動作状態であるか以外のスレーブ機器の状態およびフィードバックデータ等については、本発明の要部でないので説明を省略する。

ここで、図８に示すように、マスタ機器から指令データが送信される前に瞬時リセットが発生した場合について説明する。スレーブ機器の通信ＩＣは瞬時リセットによって内部データがクリアされて、該瞬時リセットが解除されると動作状態へ移行し、マスタ機器と正常に通信が出来る状態となる。この状態でマスタ機器から指令データを受信すると、それに従ってモータが制御され、応答データがマスタ機器へ返される。このときの応答データのステータスは動作状態であり、制御のフィードバックデータは不定となる。即ち、スレーブ機器は瞬時リセットが発生して、正しい応答データを返すことができないのにもかかわらず、該瞬時リセットの発生をマスタ機器に通知できない。
なお、スレーブ機器における瞬時リセットの発生が、マスタ機器からの指令データを受信している時、マスタ機器から指令データを受信した後でマスタ機器への応答データを送信する前およびマスタ機器へ応答データを送信している時である場合、マスタ機器はその通信ＩＣが備えるタイマーのタイムアップで、通信中のスレーブ機器に何らかの異常が発生したことを知ることができるが、該異常が瞬時リセットの発生であることを特定することはできない。

従って、マスタ機器は、スレーブ機器での瞬時リセットの発生を検出できないので、スレーブ機器からの不定となった応答データをもとにして処理を継続し、その結果、瞬時リセットが発生したスレーブ機器が協調制御から外れ、多軸制御システムが誤動作するという問題があった。
特開２００５−５１７００号公報（図１）特開２０００−２０１１９号公報（図１）

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、専用のアラーム通信ラインを設けなくても、スレーブ機器において瞬時リセットが発生したことをマスタ機器に確実に通知する手段を提供し、マスタ機器がスレーブ機器において瞬時リセットが発生したことを検出しないまま処理を継続することを防止できるように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ものである。
請求項１に記載の発明は、１つの装置内で複数の軸を同期して協調動作させる多軸制御システムであって、
それぞれ１軸を制御する複数のスレーブ機器毎に含まれ、シリアル通信を行なうスレーブＩＣと、
前記複数のスレーブ機器を制御する１のマスタ機器に含まれ、前記スレーブＩＣとシリアル通信を行なうマスタＩＣと、
を備え、
前記スレーブＩＣは、自己の前記スレーブ機器で瞬時リセットが発生したか否かを検出するための瞬時リセット監視ビットを有し、
前記マスタＩＣは、複数の前記スレーブＩＣから送られた複数の前記瞬時リセット監視ビットを保持するためのステータス監視レジスタを有し、
前記マスタＩＣは、前記ステータス監視レジスタに保持された複数の前記瞬時リセット監視ビットのうちの少なくとも１つが、前記瞬時リセットの発生を示す場合、前記マスタ機器のＣＰＵに対して、前記多軸制御システム全体についての異常処理を実行する割り込みをかける
ことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記多軸制御システムが複数の軸を同期して協調動作させる１の装置は、多関節ロボットまたは工作機械であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、前記スレーブＩＣは、基本周期毎に、前記瞬時リセット監視ビットを、前記マスタＩＣへの応答データの一部として送信することを特徴とするものである。

請求項１、請求項２、請求項３に記載の発明によると、１つのマスタ機器と、それぞれモータを制御する１または複数のスレーブ機器によって構成された多軸制御システムにおいて、１または複数のスレーブ機器の少なくとも１つのスレーブ機器において瞬時リセットが発生したことを確実に検出することができるとともに、該瞬時リセットが発生したスレーブ機器を容易に特定することができる。従って、マスタ機器は、多軸制御システムのアプリケーションに応じて、該瞬時リセット発生に対して適切な対応をすることができる。

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。

図１は、本発明の第1実施例を示す多軸制御システムの構成図である。１は多軸制御システムの一括制御を行う多軸制御マスタ機器（以下マスタ機器）であり、４は複数のサーボドライブを一括制御するＣＰＵ、５はシリアル通信のマスタとなるマスタＩＣ、６はマスタ機器のＣＰＵ４やマスタＩＣ５にリセットをかけるリセットＩＣである。２１〜２ｎはシステム内に複数配置されるシリアル通信のスレーブ機器であり、７１〜７ｎは前記マスタ機器との間のシリアル通信を行うスレーブＩＣ、８１〜８ｎはモータの制御を行うモータ制御回路、９１〜９ｎは各スレーブ個別に有するリセットＩＣである。また３１〜３ｎはスレーブ機器２１〜２ｎにより制御されるモータである。

マスタ機器１のマスタＩＣ５はシリアル通信ポートを複数持ちそれぞれスレーブ機器２１〜２ｎのスレーブＩＣ７１〜７ｎと１対１で接続される。
ＣＰＵ４は、スレーブ機器２１〜２ｎへの指令データをマスタＩＣ５およびシリアル通信を介して送信する。スレーブ機器２１〜２ｎは、該指令データはスレーブＩＣ７１〜７ｎを介して受信し、それをモータ制御回路８１〜８ｎに渡し、モータ３１〜３ｎを制御し、応答データをスレーブＩＣ７１〜７ｎおよびシリアル通信を介してマスタ機器１へ送信する。

図２（１）（２）は、マスタＩＣ５とスレーブＩＣ７１〜７ｎのシリアル通信処理のフローを示すものであるが、まず、マスタＩＣ５のシリアル通信処理のフローについて、図２（１）を用いて説明する。
マスタＩＣ５は起動時においてリセットが解除されると、通信のための初期化を行い（ステップＭ１）、ＣＰＵ４からのスレーブＩＤ読出し要求をスレーブＩＣ７１〜７ｎへ送信する（ステップＭ２）。このスレーブＩＤ読出し要求は、起動時に送信されるものであり、各スレーブＩＣ７１〜７ｎに対する瞬時リセット監視ビット設定要求を兼ねている。
マスタＩＣ５は、スレーブＩＣ７１〜７ｎからスレーブＩＤ読出し要求に対する応答であるスレーブＩＤ読出しデータを受信しＣＰＵ４へ渡し（ステップＭ３）、次のステップＭ４、ステップＭ５を繰り返す動作へ移行する。

即ち、マスタＩＣ５は、基本周期毎に、ＣＰＵ４から指令データを受取り、各スレーブＩＣ７１〜７ｎへ送信し（ステップＭ４）、各スレーブＩＣ７１〜７ｎから図５に示すような応答データを受信し、該応答データのステータスをステータス監視レジスタ５１に保持する（ステップＭ５）。ステータス監視レジスタ５１は、図６に示すようにスレーブ機器数分設けられている。各スレーブ機器２１〜２ｎとの送受信が一巡した後、マスタＩＣ５はステータス監視レジスタ５１をチェックし、いずれの瞬時リセット監視ビットもリセットされていなければ、いずれのスレーブ機器２１〜２ｎにおいても瞬時リセットが発生していないと判断してステップＭ４、ステップＭ５の処理を繰り返す。

ステータス監視レジスタ５１のリセット監視ビットが一つでもリセットされている場合は、マスタＩＣ５はＣＰＵ４に対する割り込みを発生する（ステップＭ６）。ＣＰＵ４は、ステータス監視レジスタ５１のリセットされている瞬時リセット監視ビットから瞬時リセットが発生しているスレーブ機器を特定し、多軸制御システムとしての誤動作を回避するために適切な処理を行う。その処理の詳細はアプリケーションに依存する部分であり詳細な説明は省略する。

次に、図２（２）を用いて、スレーブＩＣ７１〜７ｎのシリアル通信処理のフローについて説明するが、いずれのスレーブＩＣについても同様であるので該フローは１つのみ記載している。
スレーブＩＣ７１〜７ｎは起動時においてリセットが解除されると、動作状態へ移行し、スレーブＩＤ読出し要求を受信し（ステップＳ１）、該スレーブＩＤ読出し要求は瞬時リセット監視ビット設定要求を兼ねているので、瞬時リセット監視ビットに‘１’を設定し（ステップＳ２）、自己のスレーブＩＤをマスタＩＣ５へ送信し（ステップＳ３）、次のステップＳ４、ステップＳ５を繰り返す動作へ移行する。

この状態においては、スレーブＩＣ７１〜７ｎはマスタＩＣ５から送信される指令データを受信し、その指令データをモータ制御部８１〜８ｎへ渡す（ステップＳ４）。モータ制御部８１〜８ｎは、その指令データに基づいて制御を行い、スレーブＩＣ７１〜７ｎは該指令データに対する応答をモータ制御部８１〜８ｎから受信する。そして該応答データをマスタＩＣ５へ送信する（ステップＳ５）。該応答データは、図５に示すように、例えば、リセット監視ビットを含むステータスとモータ制御のためのフィードバックデータから構成される。

なお、本実施例では、スレーブＩＤ読出し要求が瞬時リセット監視ビット設定要求を兼ねるものとしたが、本多軸制御システムが起動された後すぐに、マスタ機器からスレーブ機器へ送信される要求であれば、瞬時リセット監視ビット設定要求を兼ねることができる。また、瞬時リセット監視ビット設定要求が、単独でマスタ機器からスレーブ機器へ送信されても構わない。

次に、マスタＩＣ５とスレーブＩＣ７１〜７ｎの通信の様子を図３に示すタイミングチャートを用いて説明するが、いずれのスレーブＩＣについても同様であるので該タイミングチャートは１つのスレーブＩＣについて記載している。
本多軸制御システムが起動され、リセットが解除されると、マスタＩＣ５は通信のための初期化を行い、スレーブＩＣ７１〜７ｎに対して、瞬時リセット監視ビット設定要求を兼ねたスレーブＩＤ読出し要求を送信する。スレーブＩＣ７１〜７ｎは、リセット解除後動作状態に移行しており、該スレーブＩＤ読出し要求に対応して、スレーブ瞬時リセット監視ビットを‘１’に設定し、マスタＩＣ５へスレーブＩＤ読出しデータを送信する。
各スレーブ７１〜７ｎからスレーブＩＤ読出しデータを受信したら、マスタＩＣ５はそれらをＣＰＵ４へ送信し、ＣＰＵ４はそれらのスレーブＩＤ読出しデータを確認したら、各スレーブ機器への指令データの送信を基本周期で周期的に実行する。
即ち、マスタＩＣ５はＣＰＵ４から指令データを受取り、スレーブＩＣ７１〜７ｎへ送信し、スレーブＩＣ７１〜７ｎは該指令データをモータ制御部８１〜８ｎに渡し、モータの制御が行われる。その結果は、瞬時リセット監視ビットを含むステータスとともに応答データとしてマスタＩＣ５へ送信される。

ここで、図３のように、マスタＩＣ５から次の指令データが送信される前にスレーブ機器２１〜２ｎにおいてノイズ等により瞬時リセットが発生すると、該瞬時リセットの発生は‘１’にセットされている瞬時リセット監視ビットをクリアし、そのまま保持される。
また、スレーブＩＣ７１〜７ｎ自身は瞬時リセットが解除されると動作状態へ移行し、次の指令データを受信し、該指令データをモータ制御部８１〜８ｎへ渡し、モータ制御部８１〜８ｎがモータ３１〜３ｎの制御を行うとともに、応答データをマスタＩＣ５へ送信する。この応答データの瞬時リセット監視ビットを除く部分は不定になるが、ステータスの瞬時リセット監視ビットは該応答データの送信時にステータスに付加されるものであり、瞬時リセットが発生したことをマスタＩＣ５へ確実に通知することができる。

マスタＩＣ５は、この応答データの先頭のステータスに含まれる瞬時リセット監視ビットによって、制御のフィードバックデータの値に関係なく、当該スレーブ機器２１〜２ｎにおいて瞬時リセットが発生したか否かを知ることができ、ステータス監視レジスタ５１の当該スレーブ機器に対応する部分に該ステータスを保存する。
マスタＩＣ５は、すべてのスレーブＩＣ７１〜７ｎからの瞬時リセット監視ビットをステータス監視レジスタ５１に保存した後、ステータス監視レジスタ５１の少なくとも一つの瞬時リセット監視ビットがリセットされている場合、ＣＰＵ４に対して割り込みをかけて、スレーブ機器２１〜２ｎの少なくとも一つにおいて瞬時リセットが発生したことを通知する。

この割込みによって、ＣＰＵ４は、該瞬時リセット発生の通知を受けて、本多軸制御システム全体についての異常処理または該瞬時リセットが発生したスレーブ機器について、適切な異常処理を実行することができる。

本発明の多軸制御システムの構成を多関節ロボットや工作機械などの多軸制御のアプリケーションに適用することによって、１軸または複数軸の瞬時リセットよる同期はずれを検出し、該多軸制御システムを安全に動作させることに寄与することができる。

本発明の第１実施例を示す多軸制御システムの構成図本発明の多軸制御システムのシリアル通信フロー図本発明のシリアル通信のタイミングチャート本発明のスレーブＩＣのステータス本発明のスレーブＩＣからの応答データ本発明のマスタＩＣ内のステータス監視レジスタ従来の多軸制御システムの構成図従来の多軸制御システムのシリアル通信のタイミングチャート従来のマスタ−スレーブ通信システムの構成図

符号の説明

１多軸制御マスタ機器
２１〜２ｎスレーブ機器
３１〜３ｎモータ
３１１〜３ｎ１エンコーダ
４多軸制御用ＣＰＵ
５シリアル通信マスタＩＣ
５１ステータス監視レジスタ
６マスタ機器のリセットＩＣ
７１〜７ｎシリアル通信スレーブＩＣ
８１〜８ｎモータ制御回路
９１〜９ｎスレーブ機器のリセットＩＣ
Ｍ従来のマスタ機器
Ｓ１〜Ｓｎ従来のスレーブ機器
Ｌ１従来のシリアル通信ライン
Ｌ２従来のアラーム通信ライン

Claims

１つの装置内で複数の軸を同期して協調動作させる多軸制御システムであって、
それぞれ１軸を制御する複数のスレーブ機器毎に含まれ、シリアル通信を行なうスレーブＩＣと、
前記複数のスレーブ機器を制御する１のマスタ機器に含まれ、前記スレーブＩＣとシリアル通信を行なうマスタＩＣと、
を備え、
前記スレーブＩＣは、自己の前記スレーブ機器で瞬時リセットが発生したか否かを検出するための瞬時リセット監視ビットを有し、
前記マスタＩＣは、複数の前記スレーブＩＣから送られた複数の前記瞬時リセット監視ビットを保持するためのステータス監視レジスタを有し、
前記マスタＩＣは、前記ステータス監視レジスタに保持された複数の前記瞬時リセット監視ビットのうちの少なくとも１つが、前記瞬時リセットの発生を示す場合、前記マスタ機器のＣＰＵに対して、前記多軸制御システム全体についての異常処理を実行する割り込みをかける
ことを特徴とする多軸制御システム。
前記多軸制御システムが複数の軸を同期して協調動作させる１の装置は、多関節ロボットまたは工作機械であることを特徴とした請求項１に記載の多軸制御システム。
前記スレーブＩＣは、基本周期毎に、前記瞬時リセット監視ビットを、前記マスタＩＣへの応答データの一部として送信することを特徴とした請求項１または２のいずれか１項に記載の多軸制御システム。