JP5059919B2 - 機械制御装置 - Google Patents
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Description
請求項10の発明によれば、ビット反転が正しく行われているか否かが確認でき、この結果、ビット反転を行う制御部の通信データ生成手段や、照合手段を構成しているCPUやRAMが正しく機能しているか否かが確認できる。
まず、教示装置であるティーチペンダント10と制御部20とが無線通信を行うロボット制御装置30の参考例を図1及び図2を参照して説明する。このロボット制御装置30が制御するロボットは、例えば溶接ロボットや、搬送ロボット等である。
図1に示すように可搬式操作部としてのティーチペンダント10は2つの接点11a,11bを持つ非常停止スイッチ11と、該接点11a,11bの開閉状態をそれぞれモニタしてモニタ結果を送信する第1CPU12、第2CPU13を備えている。なお、本参考例では、図1に示すように該接点11aはGNDに接続されるとともに接点11bは電源Vccに接続されているが、接点11a,11bの接続は限定されるものではない。例えば、両接点をともに電源に接続したり、GNDに接続したり、或いは接点11aを電源Vccに接続するとともに接点11bをGNDに接続してもよい。
又、ティーチペンダント10は第1CPU12が作成した通信パケットを無線で送信する送信回路14、第1CPU12及び第2CPU13に供給される電源電圧の監視を行い、電源電圧が正常範囲から外れると異常と判断して両CPUにリセットを掛ける電源電圧監視回路15、及び前記各回路の電源となるバッテリ16を備えている。なお、CPUは中央演算処理装置(cental processing unit)であり、図示はしないが、ROM及びRAMを備えている。なお、前記正常範囲は、第1CPU12及び第2CPU13が正常に機能することができる範囲を持った電圧値のことである。
ロボット制御装置30の制御部20は、図1に示すように、無線送信された通信パケット(通信データ)を受信する無線送受信回路21、受信した通信パケット(通信データ)を解析処理する第3CPU22、及び第4CPU23を備えている。各CPUは、図示はしないが、ROM及びRAMを備えている。無線送受信回路21は受信した通信パケット(通信データ)を第3CPU22に入力し、又、第3CPU22はシリアル通信でその通信パケット(通信データ)を第4CPU23に入力するとともに該通信パケット(通信データ)を解析する。一方、第4CPU23は入力された通信パケット(通信データ)を解析する。
さて、上記のように構成されたロボット制御装置30の作用を説明する。
(1. ティーチペンダント10の処理)
(1−1. 第2CPU13の処理)
ティーチペンダント10の第2CPU13は、所定の制御周期で非常停止スイッチ11の状態を監視する。そして、下記の手順で、宛先データ(すなわち、宛先アドレス)、送信元データ(すなわち、送信元アドレス)、通信番号データとしての送信番号データ、第1CPUデータ、第2CPUデータ、誤り検出データにて構成される通信パケットとしての「非常停止データパケット」を生成する(図2参照)。
第2CPU13は、第1CPUデータには初期値として、非常停止スイッチ11の接点11aが開であるとしたデータをセットするとともに第2CPUデータには第2CPU13が「非常停止データパケット」を作成する直前に検出した非常停止スイッチ11の接点11bの開閉状態をセットする。
第1CPU12は第2CPU13と同期して、所定の制御周期で非常停止スイッチ11の状態を監視する。そして、第1CPU12は第2CPU13からシリアル通信により「非常停止データパケット」(通信パケット)を受け取り、このデータに含まれる誤り検出データを使用して「非常停止データパケット」のデータが正しいことを確認する。そして、第1CPU12は、このパケットの入力直前に検出した非常停止スイッチ11の接点11aの開閉状態を第1CPUデータにセットする。以上のデータを更新した上で、合成されたデータの誤り検出データを計算して更新する。第1CPU12はこうして生成された「非常停止データパケット」(通信パケット)を送信回路14に送信する。
(2−1. 第3CPU22の処理)
次に無線送受信回路21は、「非常停止データパケット」を無線信号として受信し、第3CPU22に送信する。第3CPU22は送信された「非常停止データパケット」を図示しないRAM等に書き込みした後、該「パケット」を第4CPU23にシリアル通信で送信する。
ここで、異常があった場合のエラー処理A,Bについて述べる。
誤り検出データによる確認で異常があった場合、送信番号データが正しく更新されていなかった場合(すなわち、送信番号データの異常の場合)、第3CPU22は即座に第1電磁接触器制御回路26へOFFの制御信号を出力する。
宛先データの異常、及び送信元データの異常のいずれか一方を少なくとも検出した場合は、第3CPU22は受信したデータを破棄し、次回のデータ受信を待つ。このように宛先データの異常、及び送信元データが異常と判定されることは、通信エラーが検出されていることであり、これらのデータが通信エラー検出のための通信エラー検出データとなっている。
次に、第4CPU23の処理について説明する。
第4CPU23は受信した「非常停止データパケット」の誤り検出データを使用して、「非常停止データパケット」のデータに誤りがないかを確認する。確認で誤りがあった場合は、第4CPU23は後述するエラー処理Cを行う。
(2−2−1. エラー処理C)
誤り検出データによる確認で異常があった場合、送信番号データが正しく更新されていなかった場合(すなわち、送信番号データの異常の場合)、第4CPU23は即座に第2電磁接触器制御回路27へOFFの制御信号を出力する。
宛先データの異常、或いは送信元データの異常のいずれか一方を少なくとも検出した場合は、第4CPU23は受信したデータの同定不能による通信エラーとして受信したデータを破棄し、次回のデータ受信を待つ。
次に、電源電圧監視について説明する。
ティーチペンダント10の電源電圧監視回路15は、第1CPU12及び第2CPU13に供給される電源電圧の監視を行い、電源電圧が正常範囲から外れた場合、異常と判断して両CPUに強制的にリセットを掛ける。この結果、第1CPU12及び第2CPU13側では、送信が途絶え、ティーチペンダント10に設けられた表示装置やアラーム(ともに図示しない)にてその旨を警告し、作業者に知らせる。
さて、本参考例によれば、以下のような特徴がある。
次にティーチペンダント100と制御部200とが無線通信を行うロボット制御装置300に具体化した一実施形態を、図3〜11を参照して説明する。このロボット制御装置300が制御するロボットは、例えば溶接ロボットや、搬送ロボット等であるが、これらのロボットに限定されるものではない。
図3に示すように可搬式操作部としてのティーチペンダント100は2つの接点110a,110bを持つ非常停止スイッチ110と、該接点110a,110bの開閉状態をそれぞれモニタしてモニタ結果を送信する第1CPU120、第2CPU130を備えている。なお、本実施形態では、図3に示すように該接点110aはGNDに接続されるとともに接点110bは電源Vccに接続されているが、前記参考例と同様に限定されるものではない。各CPUは、それぞれバス124,134で接続されるROM121,131,RAM122,132及びカレンダIC123,133を有する。
常範囲から外れると異常と判断して両CPUにリセットを掛けるようにされている。なお、前記正常範囲は、第1CPU120及び第2CPU130が正常に機能することができる範囲を持った電圧値のことである。
ロボット制御装置300の制御部200は、図4に示すように無線送信された無線送信データパケットを受信するとともに無線応答データパケットを送信する無線送受信回路210、及び該無線送受信回路210に接続されるとともにデータの書き込み読み出しが可能な送受信制御回路215を備えている。
制御部200は、制御部200が備える回路(第1非常停止制御CPU220及び第2非常停止制御CPU230を含む)の電源電圧を監視するとともに第1非常停止制御CPU220及び第2非常停止制御CPU230が正常に動作していることを監視する電源電圧監視・ウオッチドッグ回路290を備えている。電源電圧監視・ウオッチドッグ回路290の電源電圧回路は、回路が電源電圧が正常範囲から外れた場合、異常と判断して両CPUにリセットを掛ける。なお、この正常範囲は、各回路が正常に機能することができる電圧値のことである。
さて、上記のように構成されたロボット制御装置300の作用を図10、図11のフローチャートを参照しながら説明する。なお、このフローチャートに示される処理は、各CPUにおいて、所定の制御周期毎(例えば、0.05秒毎)に、すなわち、定期的に実行される。
ティーチペンダント100の第2CPU130は、非常停止信号処理のプログラムを実行して非常停止スイッチ110の状態を監視する。そして、第2CPU130は、図10
のS10〜S14の処理を行い、「非常停止データパケット」を生成する(図5参照)。
ここで、第1CPUエラーフラグデータ及び第2CPUエラーフラグデータについて説明する。
図9には、第1CPUエラーフラグデータ及び第2CPUエラーフラグデータの例が示されている。同図に示すように、第1CPUエラーフラグデータには、右から左に向かって順に、非常停止データCRC異常、非常停止データタイムアウト異常、応答データCRC異常、応答データ不一致異常、及び応答データタイムアウト異常の各種フラグをセット可能である。第1CPUエラーフラグには、初期値例として、全てのビット(すなわち、
フラグ)に「異常」を表す「1」がセットされている(”11111”)。
なお、S34において、受け取りした「非常停止データパケット」に含まれる誤り検出データを使用してデータが正しくない場合には、第1CPU120は「NG」と判定して、後述するS54の異常処理を行う。
制御部200の無線送受信回路210は、「無線送信データパケット」を無線信号として受信し、送受信制御回路215に送信する。制御部200の送受信制御回路215は、無線送受信回路210から受信した「無線送信データパケット」のヘッダデータ内の誤り検出データを利用して受け取った無線送信データパケットの内容が正しいことを確認後、ヘッダデータ内の宛先ポート番号で自分宛のデータかどうかを判断する。
次に、S74において、第1非常停止制御CPU220は、第1CPUデータ及び第2CPUデータを確認する。ここで、両方のデータがともに非常停止スイッチ閉であれば、第1非常停止制御CPU220は、第1非常停止制御回路260へONの制御信号を出力し、いずれか一方でも非常停止スイッチ開であれば、第1非常停止制御回路260へOFFの制御信号を出力する。第1非常停止制御回路260は、非常停止制御CPUからの制御信号がOFFになると、他の入力状態には拘わらず、第1電磁接触器240へOFFの制御信号を出力する。これによって、第1電磁接触器240の接点240aが開となり、サーボアンプ280ヘの主電源供給が停止し、ロボットが停止する。
なお、第1非常停止制御CPU220は、第1非常停止制御回路260へのOFFの制御信号を出力した後、予め定められた第1電磁接触器240の動作待ち時間後に、第1電磁接触器240の接点状態をモニタ入力によりモニタする。そして、OFFの制御信号を出力したにも拘わらず、接点状態がONのままであった場合には、第1非常停止制御CPU220は、これを第1電磁接触器240の接点異常と判断する。そして、第1非常停止制御CPU220は、その旨を異常出力してエラーが解除されるまで、異常状態を保持し、入力された「非常停止データパケット」の状態に拘わらず、非常停止制御回路へOFFの制御信号を出力保持する。第1非常停止制御CPU220は監視手段に相当する。
(異常処理(S84))
ここで、S84の異常処理について説明する。
なお、誤り検出データによる確認で異常があった場合、及び送信番号データが正しく更新されていなかった場合は、通信エラーとして判定されていることになる。
(異常処理(S106))
ここで、S106の異常処理について説明する。
応答データパケットについて説明する。
S102において、第2非常停止制御CPU230は受信した「非常停止データパケット」の中のデータについて、第1CPUエラーフラグデータ、第2CPUエラーフラグデータ、送信番号データ、第1CPUデータ、第2CPUデータ、をビット反転してセットし、宛先データと送信元データを相互に入れ替えてセットする。続いて、第2非常停止制御CPU230は、上記のように合成されたデータに対して誤り検出データを計算して付加することにより、「応答データパケット」を生成する(図7参照)。
(3.1. 第1CPU120の処理)
ティーチペンダント100の無線送受信回路150は、「無線応答データパケット」を無線信号として受信し、送受信制御回路140に送信する。
(3.3 異常処理(S54))
ここでS54の異常処理について説明する。なお、説明の便宜上、S32及びS34において、「NG」と判定された場合についも合わせて説明する。
次に、第2CPU130は、第1CPU120からのシリアル通信で「応答データパケット」を受信すると、S20において、受信した「応答データパケット」がS18で読み込みしたタイムアウト検出用カレンダの値に基づいて規定時間内に受信したか否かを判断する。そして、該規定時間内に受信していない場合には、第2CPU130は、S28の異常処理を行う。
S20において、「NG」と判定された場合、第2CPU130は、次回の制御周期の送信時において第2CPUエラーフラグデータの中の、応答データタイムアウト異常をエラー(異常)としてセットし、送信することとしてこの回の処理を終了する。S22において、「NG」と判定された場合、第2CPU130は、次回の制御周期の送信時において第2CPUエラーフラグデータの中の、応答データCRC異常をエラー(異常)としてセットし、送信することとしてこの回の処理を終了する。
又、本実施形態では、電源電圧監視・ウオッチドッグ回路160,290の電源電圧監視回路は、第1CPU120、第2CPU130及び第1非常停止制御CPU220、第2非常停止制御CPU230が正常に動作できる電源電圧状態にあることを監視する。そして、電源電圧監視・ウオッチドッグ回路160,290は、電源電圧が正常範囲から低下したり、超えたりした場合には、これらのCPUに対して強制的にリセットを掛ける。このように強制的にリセットが掛けられた場合には、第1CPU120、第2CPU130は、リセットにより通信データを作成せず、出力しないため、非常停止データの送信が途絶えると、図11のS62,S92で判定が「NG」とされて「タイムアウト異常」として異常処理が行われる。このことにより、第1非常停止制御CPU220及び第2非常停止制御CPU230は、第1非常停止制御回路260及び第2非常停止制御回路270へそれぞれOFFの制御信号を出力することができる。
(1) 本実施形態では、第1非常停止制御CPU220、第2非常停止制御CPU230のそれぞれが、通信データに含まれるモニタ結果及び予め定められた通信プロトコルに従って作成された通信エラー検出データ(すなわち、宛先データ、送信元データ、送信番号データ、第1CPUデータ、第2CPUデータ、誤り検出データ)を解析する。そして、第1非常停止制御CPU220、第2非常停止制御CPU230がモニタ結果及び通信エラー検出データの解析結果に応じて第1非常停止制御回路260、第2非常停止制御回路270にOFFの制御信号を出力することにより、モニタ結果や通信エラーの内容に応じてロボットのモータM410への電力が遮断される。この結果、前記参考例の(1)と同様の効果を奏する。
○前記非常停止データバケット及び応答データパケットの第1CPUエラーフラグ及び第2CPUエラーフラグは、それぞれ、第1CPUデータ、第2CPUデータに含んでいてもよい。
○ 前記第2実施形態では、タイムアウトのカウントにカレンダ機能を使用しているが、CPUに内蔵されたタイマ機能を利用して時間を計測しタイム了ウトを検出することも可能である。
○ 前記実施形態では、可搬式操作部と制御部間を無線通信で通信を行うようにしたが、無線方式に限らず、赤外線通信、光通信、或いは磁気通信で行うようにしてもよい。
Claims (10)
- 可搬式操作部と機械の制御を行う制御部とが非有線通信を行うようにした機械制御装置において、
前記可搬式操作部は、多重化された接点を有する非常停止操作手段と、前記接点毎に設けられて該非常停止操作手段の動作をモニタし、そのモニタ結果及び通信エラー検出データを含む通信パケットを予め定められた通信プロトコルに従って作成する多重化されたCPUと、前記多重化されたCPUのうち、1つのCPUが各CPUのモニタ結果を合成して生成した通信パケットを非有線で通信する単一の第1通信手段とを備え、
前記制御部は、前記第1通信手段と非有線で通信する単一の第2通信手段と、機械の駆動源への電力を遮断する多重化された遮断手段と、該遮断手段毎に設けられ、非常停止信号の入力に基づいて該遮断手段を制御する多重化された遮断制御手段と、前記遮断制御手段毎に設けられ、前記第2通信手段が受信した通信パケットのモニタ結果、及び通信エラー検出データの解析結果に応じて該遮断制御手段に前記非常停止信号を出力する多重化された通信データ解析手段と、前記多重化された遮蔽手段の各々の作動を監視する多重化された監視手段を備え、
前記各通信データ解析手段は、前記非常停止信号に基づく電力遮断信号が前記遮断手段に出力された後、前記監視手段による監視結果を取得して前記遮断手段の作動に異常があったか否かを判定し、異常があったと判断した場合には、前記非常停止信号の状態に関わらず、異常状態が解消されるまで機械の駆動源への電力の投入を禁止することを特徴とする機械制御装置。 - 前記通信パケットは、通信エラー検出データとして宛先データ及び送信元データを含む通信パケットにて構成され、
前記各通信データ解析手段は、該通信パケットに含まれる宛先データ及び送信元データに基づいて前記通信パケットの同定を行い、同定ができなかった場合には、通信パケットの同定不能による通信エラーとして次回の受信を待つことを特徴とする請求項1に記載の機械制御装置。 - 前記通信パケットは、通信エラー検出データを含む該通信パケットが作成される毎に更新される通信番号データを含み、
前記各通信データ解析手段は、該通信番号データに基づく通信エラーの場合には、前記遮断制御手段を制御して前記遮断手段を遮断動作させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の機械制御装置。 - 前記通信パケットは、通信エラー検出データとして誤り検出データを含む通信パケットにて構成され、
前記各通信データ解析手段は、該誤り検出データに基づいて、該通信パケットがデータ異常か否かを判定し、データ異常の場合には、前記遮断制御手段を制御して前記遮断手段を遮断動作させることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載の機械制御装置。 - 前記CPUの電源電圧の異常を検出し、異常を検出した際には該CPUにリセットを掛ける第1電源電圧監視手段と、
前記CPUはリセットが掛けられた際には、通信パケットを作成せず、第1通信手段は通信パケットを送信しないことを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の機械制御装置。 - 前記通信データ解析手段の電源電圧の異常を検出し、異常を検出した際には該通信データ解析手段にリセットを掛ける第2電源電圧監視手段と、
前記通信データ解析手段はリセットが掛けられた際には、前記遮断制御手段に非常停止信号を出力することを特徴とする請求項5に記載の機械制御装置。 - 前記CPUから定期的にアクセスされるとともに、該CPUからの定期的なアクセスが解消した場合に、該CPUに対してリセットを行う第1ウオッチドッグ手段を備え、
前記CPUはリセットが掛けられた際には、通信パケットを作成せず、第1通信手段は通信パケットを送信しないことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の機械制御装置。 - 前記通信データ解析手段から定期的にアクセスされるとともに、該通信データ解析手段からの定期的なアクセスが解消した場合に、該通信データ解析手段に対してリセットを行う第2ウオッチドッグ手段を備え、
前記通信データ解析手段はリセットが掛けられた際には、前記遮断制御手段に非常停止信号を出力することを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の機械制御装置。 - 前記制御部は、受信した前記通信パケットに基づいて返信用の通信パケットを生成する返信用の通信データ生成手段を備え、
前記可搬式操作部は、前記第2通信手段及び第1通信手段を介して受信された前記返信用の通信パケットと既に送信された通信パケットの内容が一致しているか否かを照合する照合手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちいずれか1項に記載の機械制御装置。 - 前記通信データ生成手段は、受信された通信パケットの一部をビット反転して返信用の通信パケットを生成し、
前記照合手段は、前記返信用の通信パケットの一部をビット反転して、該返信用の通信パケットと既に送信された通信パケットの内容が一致しているか否かを照合することを特徴とする請求項9に記載の機械制御装置。
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