JP6967380B2 - ロボット制御装置、及びロボット制御システム - Google Patents
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Description
ットのそれぞれの位置または時間が所定の作業ポイントに到達したか否かの情報を基に、同期の対象となる前記ロボットのそれぞれに次の作業を行うよう指示する制御部を有し、前記制御部は、同期の対象となる前記ロボットのそれぞれが、前記作業ポイントまでかかる残り時間を計算し、前記残り時間を、各ロボットへ送信し、各ロボットは、前記残り時間が0以下になると、次の作業を開始することを特徴とする。
(システム)
図1は、本実施形態に係るロボット制御システムZの構成を示す機能ブロック図である。
複数ロボット制御システムZは、制御サーバ(制御部、ロボット制御装置、制御装置)1と、複数のロボット2を含んで構成される。
制御サーバ1は、各ロボット2の動作を制御する。具体的には、制御サーバ1は、各ロボット2へ動作のオーダが記述された命令セット(作業情報)を送信し、各ロボット2は送信された命令セットに従って動作する。このように、制御サーバ1は、ロボット2を遠隔操作する。
また、それぞれのロボット2は、通信部21と、命令セット保持部22と、制御部23と、センサ部24と、アクチュエータ部25とを有している。
通信部11はロボット2の通信部21と双方向通信を行う。
インタフェース部12は外部とのインタフェース機構である。インタフェース部12は、例えばユーザアプリケーションからのデータの送受信や、通信部11を介したロボット2からのデータとの送受信を行う。
運行管理部13は、各ロボット2の動作を管理する。運行管理部13は、ロボット2の状態遷移の管理や、通信部11、インタフェース部12を介して送信した命令セット(後記)や、ロボット2から送られた状況情報(後記)を保持部14へ格納する。
保持部14は、各ロボット2の命令セットと状況情報とを保持する。命令セット、状況情報については後記する。
安全管理連携制御部15は、各ロボット2へ、次の許可命令番号を送信するか判断する。また、安全管理連携制御部15は、ロボット2へ次の許可命令番号(後記)等の送信を行う。
運行計画部16は、各ロボット2の命令セットを生成し、送信する。
通信部21は制御サーバ1の通信部11と双方向通信を行う。
命令セット保持部22は、制御サーバ1から送信された命令セットを保持する。
制御部23は、センサ部24から取得するセンサデータを状況情報とする。また、制御部23は、保持している命令セットに基づいてロボット2が自律動作できるようアクチュエータ部25を動作させる。なお、ロボット2の制御機能は同じハードウェア上で実現されてもいいし、機能ごとに分割して別々のハードウェアとして実現されてもよい。例えば、命令セットに基づいてアクチュエータ部25を制御する制御信号を生成する部分と、この制御信号を基にアクチュエータを制御する部分は別々のハードウェアで実現することも可能である。
図2は、第1実施形態で用いられる命令セットの一例を示す図である。
図2に示される命令セットは、例えば、命令番号と、地点と、速度と、同期番号(作業ポイント)とを有する。
命令番号は、ロボット2が実行する命令(作業)を示す番号である。ロボット2は、命令番号順に作業を実行する。
地点はロボット2が移動する地点を示す。
同期番号は、他のロボット2と同期を行う際に参照する番号である。
なお、命令セットは、制御サーバ1の運行計画部16によって生成されてもよいし、ユーザが図示しない入力部を介して制御サーバ1に入力してもよい。
また、制御サーバ1は、ロボット2の終了命令の同期番号まで他のロボット2の同期番号が到達したか否かを管理している。制御サーバ1は、ロボット2間の同期番号が揃うと、次の命令番号の作業実行許可を行う。なお、同期については後記する。
次に、図3〜図5を参照して、本実施形態で行われる同期について説明する。
図3は2つのロボット2の移動経路を示す図である。図4は第1ロボット2aに配信される命令セット(第1命令セット)を示す図である。図5は第2ロボット2bに配信される命令セット(第2命令セット)を示す図である。
図3に示す経路101は第1ロボット2aが移動する経路を示し、経路102は第2ロボット2bが移動する経路を示す。また、図3において、大文字のアルファベットは地点を示す。この地点は、図4、図5の命令セットにおける地点に対応している。また、図3において、括弧内のYで始まる数字は同期番号を示す。そして、図3における黒丸は同期を行う地点を示す。
図3及び図4に示すように、第1ロボット2aは命令番号を順に実行することにより、地点「A」→「B」→「C」→・・・→「G」の順に移動する。
まず、第1ロボット2aが図4の第1命令セットの命令番号「D1」に従って地点「A」に移動する。ここで、図4に示される第1命令セットの命令番号「D1」の行を参照すると、同期番号は「Y2」となっている。これは、他のロボット2(ここでは、第2ロボット2b)が同期番号「Y2」の地点に到達するまで、次の命令番号の作業を実行できないことを意味している。
まず、第2ロボット2bが図5に示す第2命令セットの命令番号「D1」に従って地点「H」に移動する。ここで、図5に示される第2命令セットの命令番号「D1」の行を参照すると、同期番号は「Y1」となっている。これは、他のロボット2(ここでは、第1ロボット2a)の同期番号が「Y1」とならないと、第2ロボット2bは次の命令番号を実行することができないことを意味している。しかし、他のロボット2(第1ロボット2a)で同期番号「Y1」を有する命令セットはないため、第2ロボット2bは他のロボット2と同期をとることなく、次の命令番号「D2」を実行し、地点「I」へ移動する。
ロボット制御システムZは、作業終了まで、このような同期を繰り返す。
このように本実施形態は、特定の地点に到達したときに他のロボット2と同期をとるものである。
なお、ここではロボット2の台数を2台としているが、3台以上としてもよい。また、前記したように、種類の異なるロボット2が混在してもよい。以下の実施形態でも同様である。
図6は、第1実施形態で行われる制御サーバ1での処理手順を示すフローチャートである。以下のフローチャートチャートでは、図1を適宜参照する。
まず、安全管理連携制御部15は、現在の許可命令番号を管理対象のロボット2に送信する(S101)。許可命令番号とは、実行を許可される命令番号のことである。
次に、運行管理部13は、ロボット2から送信される状況情報に基づいて現在の命令番号に相当する作業(現在の命令)が終了したか否かを判定する(S102)。以下において、現在の命令番号に相当する作業を「現在の命令」と適宜記載する。
ステップS102の結果、現在の命令が終了していない場合(S102→No)、運行管理部13はステップS102へ処理を戻す。
ステップS103の結果、終了命令番号に対応する同期番号が、他のロボット2での終了命令番号に対応する同期番号以上である場合(S103→No)、安全管理連携制御部15はステップS103へ処理を戻す。
例えば、第1ロボット2aが地点「A」に到達し、第2ロボット2bが地点「H」に到達しているとする。このとき、対応する同期番号は第1ロボット2aが「Y2」、第2ロボット2bが「Y1」である。
このとき、第1ロボット2a側では、第1ロボット2aの同期番号(終了同期番号)「Y2」>第2ロボット2bの同期番号「Y1」である。この結果、安全管理連携制御部15は、ステップS103で「No」と判定し、第1ロボット2aは次の命令番号に移行することができない。
一方、第2ロボット2b側では、第2ロボット2bの同期番号「Y1」<第1ロボット2aの同期番号「Y2」である。この結果、安全管理連携制御部15は、ステップS103で「Yes」と判定し、第2ロボット2bに対し、次の命令番号へ移行させる。
このとき、第1ロボット2a側では、第1ロボット2aの同期番号(終了同期番号)「Y2」=第2ロボット2bの同期番号「Y2」である。この結果、安全管理連携制御部15は、ステップS103で「Yes」と判定し、第1ロボット2aに対し次の命令番号に移行させる。
同様に、第2ロボット2b側では、第2ロボット2bの同期番号「Y2」=第1ロボット2aの同期番号「Y2」である。この結果、安全管理連携制御部15は、ステップS103で「Yes」と判定し、第2ロボット2bに対し、次の命令番号へ移行させる。
図7は、第1実施形態で行われるロボット2での処理手順を示すフローチャートである。
そして、制御部23は、受信した許可命令番号に相当する命令番号の作業を実行する(S202)。
作業の実行が終了すると、制御部23は状況情報を送信する(S203)。
ステップS204の結果、次の許可命令番号が制御サーバ1から受信していない場合(S204→No)、制御部23はステップS204へ処理を戻す。
ステップS204の結果、次の許可命令番号が制御サーバ1から受信している場合(S204→Yes)、制御部23はステップS202へ処理を戻し、次の命令番号を受信・実行する。
図8A及び図8Bは、第1実施形態で行われるロボット制御システムZでの処理手順を示すシーケンス図である。
まず、制御サーバ1が各ロボット2の命令セットを生成し、生成した命令セットを各ロボット2へ送信する(図8AのS301)。
例えば、第1ロボット2a及び第2ロボット2bが図3に示す経路101,102を移動する場合、制御サーバ1の運行計画部16は、地点「A」〜「G」を通過するための第1命令セットを生成する。同様に、制御サーバ1の運行計画部16は、地点「H」〜「S」を通過するための第2命令セットを生成する。このとき、運行計画部16は、無線通信の遅延や遮断が発生しないように考慮して、経路101,102を計画する。
そして、図3〜図5に示す例の場合、制御装置1は第1命令セットを第1ロボット2aへ送信し、第2命令セットを第2ロボット2bへ送信する。
許可命令番号を受信した各ロボット2は、命令セットを参照し、受信した許可命令番号に相当する移動(作業)を実行する(S303a,S303b)。この処理は、図7のステップS201,S202に相当する。
そして、移動(作業)が終了すると、各ロボット2は状況情報を制御サーバ1へ送信する(S304a,S304b)。状況情報には、例えば、ロボット2の現在位置と、命令実行状況と、バッテリ残量等が含まれる。この処理は図7のステップS203に相当する。命令実行状況は、命令(作業)の終了通知等を含む。
制御サーバ1は、各ロボット2から状況情報を受信すると、命令セットの更新有無を判定する更新判定を行う(S311)。命令セットが更新される場合とは、ロボット2が想定外の動作をした場合や、ロボット2のうちの1台が故障した場合や、特定のロボット2に通信障害が生じた場合等で運行計画通りの作業実行が困難になる可能性が高い場合等である。あるいは、無線通信品質の変動が想定される場合や、または、障害物や風の影響が想定される場合等である。つまり、制御サーバ1が、所定のロボット2の動作に異常が検出した場合、もしくは、所定のロボット2の動作に異常が生じる可能性を検出した場合である。
ここでは、命令セットの更新の必要がなかったものと判定されたものとする(不要)。
その後、制御サーバ1は許可命令番号をロボット2へ送信するとともに、更新情報を送信する(S313)。ここで送信される更新情報は、「命令セットの更新なし」の情報を含む。
各ロボット2は状況情報を制御サーバ1へ送信する(図8BのS321a,S321b)。
制御サーバ1は、各ロボット2から状況情報を受信すると、命令セットの更新判定を行う(S322)。ここで、命令セットが更新される必要が生じたものとする(要)。
「命令セットの更新あり」の情報を含む更新情報を受信した各ロボット2は命令セット取得リクエスト(リクエスト)を制御サーバ1へ送信する(S324a,S324b)。
ここで新たに生成される命令セットは通信の異常や、ロボット2の異常に応じた命令セットである。通信の障害に応じた命令セットとは、例えば、通信不可能なロボット2を作業から除外し、通信可能なロボット2が通信不可能なロボット2の作業をカバーするような命令セットである。
以下、ロボット制御システムZは、ステップS331〜S336の処理を行う。この処理は、ステップS301〜S304a,S304b,S311〜S313と同様の処理であるため、ここでの説明を省略する。
なお、ステップS331と、ステップS332a,S332bとの間にはステップS302に相当する処理があるが、図8Bでは省略されている。
つまり、第1実施形態によれば、通信環境や動作環境が不安定な状況でも、複数のロボット2の協調作業(連携動作)を実現することができる。
本実施形態は、各ロボット2の作業の同期のために、第1実施形態では、制御サーバ1が各ロボット2の同期番号を監視して命令(作業)の実行を許可している。これに対し、第1実施形態では、制御サーバ1が各ロボット2の同期までの残り時間を計算してロボット2に送信し、これに基づいてロボット2が次の命令(作業)を実行するものである。
ロボット制御システムZのブロック図は、第1実施形態における図1と同様である。
図9は、第2実施形態で行われる制御サーバ1での処理手順を示すフローチャートである。
図9の処理は各ロボット2に対して行われる処理である。また、図9の処理は一定時間ごとに行われる処理である。
まず、制御サーバ1の運行管理部13は、管理対象となるロボット2の現在の同期番号に、他のロボット2の同期番号が到達する残り時間を計算する(S401)。
そして、安全管理連携制御部15は、現在の許可命令番号と、計算した残り時間と、残り時間の計算対象となった同期番号とを制御情報として各ロボット2に送信する(S402)。そして、運行管理部13はステップS401へ処理を戻す。残り時間の計算及び送信は、例えば、一定時間ごとに行われる。
図10は、第2実施形態で行われるロボット2での処理手順を示すフローチャートである。
まず、ロボット2の通信部21は制御情報を受信する(S501)。制御情報には、許可命令番号、残り時間、残り時間の対象となる同期番号が含まれている。
ロボット2の制御部23は、現在の命令番号の作業を実行する(S502)。
次に、制御部23は、実行した命令番号に対応する同期番号(実行同期番号)が、ステップS501で受信した同期番号(受信同期番号)であるか否かを判定する(S503)。
ステップS503の結果、現在の命令番号に対応する同期番号が、ステップS501で受信した同期番号ではない場合(S503→No)、制御部23は実行する命令番号(実行命令番号)をインクリメントする(S521)。そして、制御部23はステップS502へ処理を戻す。
ステップS511の結果、残り時間≦0である場合(S511→Yes)、制御部23は実行する命令番号(実行命令番号)をインクリメントし(S521)、ステップS502へ処理を戻す。
図11A及び図11Bは、第2実施形態で行われるロボット制御システムZでの処理手順を示すシーケンス図である。
まず、制御サーバ1が各ロボット2の命令セットを生成し、生成した命令セットを各ロボット2へ送信する(図11AのS601)。ステップS601の処理は、図8AのステップS301と同様の処理であるため、説明を省略する。
許可命令番号、残り時間、残り時間の計算対象となった同期番号を受信した各ロボット2は、命令セットを参照し、受信した許可命令番号に相当する作業(移動)を実行する(S603a,S603b)。この処理は、図10の処理に相当する。
ここでは、命令セットの更新の必要がなかったものと判定されたものとする(不要)。
その後、制御サーバ1は制御情報をロボット2へ送信するとともに更新情報を送信する(S606)。ここで送信される更新情報は、「命令セットの更新なし」の情報を含む。
この処理は図9のステップS402の処理に相当する。ただし、ステップS401では更新情報の送信を省略している。
制御サーバ1は、命令セットの更新判定を行う(図11BのS611)。ここで、命令セットが更新される必要が生じたものとする(要)。命令セットが更新される必要がある場合は、第1実施形態と同様である。
「命令セットの更新あり」の情報を含む更新情報を受信した各ロボット2は命令セット取得リクエスト(リクエスト)を制御サーバ1へ送信する(S613a,S613b)。
なお、ロボット2が通信不可能な状態にある場合、制御サーバ1はロボット2からリクエストを受信するまで、繰り返し更新情報を送信してもよい。
以下、ロボット制御システムZは、ステップS615,S621a,S621b,S623〜S625の処理を行う。この処理は、ステップS602〜S606と同様の処理であるため、ここでの説明を省略する。
本実施形態は、第1実施形態と第2実施形態の何れかにおいて、制御サーバ1が安全運行制御をさらに行うものである。
ここでは、第1実施形態の制御サーバ1に、安全運行制御を加えた場合について説明する。
ロボット制御システムZのブロック図は、第1の実施形態における図1と同様である。
図12は、第3実施形態で行われる制御サーバ1での処理手順を示すフローチャートである。なお、図12の処理は一定時間ごとに行われる処理である。
以下の処理は、各ロボット2に対して個別に行われる処理である。
まず、制御サーバ1の運行管理部13は予測経路を基に進行許可距離(移動許可距離)を計算する(S701)。進行許可距離とは、他のロボット2との衝突の可能性がある場合に、ロボット2が進行することのできる距離である。なお、他のロボット2との衝突がすぐに生じる可能性がある場合、制御サーバ1は進行許可距離を「0」にすることもできる。
そして、安全管理連携制御部15は、計算した進行許可距離と、許可命令番号とを制御情報としてロボット2へ送信する(S702)。ロボット2は、制御サーバ1から受信する進行許可距離に基づき、進行するかどうかを判断する。なお、進行許可距離は、すべてのロボット2に送信するのではなく、所定のロボット2へ送信すればよい。
そして、ステップS704の結果、命令セットにおいて終了した命令番号(終了命令番号)に対応する同期番号が、他のロボット2での終了命令番号に対応する同期番号以下でない場合、すなわち、「終了同期番号>他のロボット2の同期番号」の場合(S704→No)、運行管理部13は進行許可距離を「0(メートル)」とする(S705)。そして、安全管理連携制御部15はステップS702へ処理を戻し、「0(メートル)」となった進行許可距離を制御情報としてロボット2へ送信する。進行許可距離を「0(メートル)」とするとは、ロボット2をその地点から動かさないことを意味する。
ステップS704の結果、終了命令番号に対応する同期番号が、他のロボット2での終了命令番号に対応する同期番号以下である場合(S704→Yes)、安全管理連携制御部15は許可命令番号をインクリメントする(S706)。そして、安全管理連携制御部15はステップS701へ処理を戻す。すなわち、制御サーバ1は進行許可距離を計算し、次の命令番号を管理対象のロボット2に実行させる。
図13は、第3実施形態で行われるロボット2での処理手順を示すフローチャートである。
そして、制御部23は、受信した許可命令番号に相当する命令番号の作業(移動)を実行する(S802)。
そして、制御部23は、移動距離が進行許可距離以上であるか否かを判定する(S803)。
ステップS803の結果、移動距離が進行許可距離以上である場合(S803→Yes)、制御部23はロボット2を停止させ(S811)、次の制御情報が送信されるのを待機する。
ステップS804の結果、現在の命令(作業)が終了していない場合(S804→No)、制御部23はステップS802へ処理を戻し、作業を実行し続ける。
ステップS804の結果、現在の命令(作業)が終了している場合(S804→Yes)、制御部23は状況情報を送信する(S805)。
ステップS806の結果、次の制御情報を受信していない場合(S806→No)、制御部23はステップS806へ処理を戻す。
ステップS806の結果、次の許可命令番号、進行許可距離が制御サーバ1から送信されている場合(S806→Yes)、制御部23はステップS802へ処理を戻し、次の命令番号を実行する。
図14A及び図14Bは、第3実施形態で行われるロボット制御システムZでの処理手順を示すシーケンス図である。第1実施形態における図8A、図8Bの処理に加えて、制御サーバ1からロボット2に進行許可距離の送信がされるものである。
まず、制御サーバ1が各ロボット2の命令セットを生成し、生成した命令セットを各ロボット2へ送信する(図14AのS901)。ステップS901の処理は、図8Aに示すステップS301と同様の処理であるため、ここでの説明を省略する。
制御情報を受信した各ロボット2は、命令セットを参照し、受信した許可命令番号に相当する移動を実行する(S904a,S904b)。この処理は、図13のステップS801〜S803に相当する。
そして、命令内容の実行が終了すると、各ロボット2は状況情報を制御サーバ1へ送信する(S905a,S905b)。ステップS905a,S905bの処理は図13のステップS804,S805に相当する。状況情報の内容は第1実施形態と同様である。
制御サーバ1は、各ロボット2から状況情報を受信すると、命令セットの更新有無を判定する更新判定を行う(S911)。ステップS911の処理は、図8AのステップS311の処理と同様であるので、ここでの説明を省略する。
ここでは、命令セットの更新の必要がなかったものと判定されたものとする(不要)。
その後、制御サーバ1は制御情報をロボット2へ送信するとともに、更新情報を送信する(S913)。この処理は図12のステップS701の処理に相当するが、ステップS701では更新情報の送信を省略している。なお、更新情報は図8AのステップS313と同様である。
そして、その後に行われるステップS931a,931b〜S935は、図14AのステップS904a,S904b〜S905a,S905b,S911〜S913と同様であるので、ここでの説明を省略する。
なお、図14Bにおいて、ステップS925とステップS931a,S931bの間には、ステップS902及びステップS903に相当する処理があるが、図14Bでは省略されている。
図15は、本実施形態で用いられる命令セットの別の一例を示す図である。
図15に示す命令セットでは、命令番号、時間、動作、同期番号を含んでいる。
命令番号及び同期番号は、図2に示すものと同様であるので、ここでの説明を省略する。
動作は、ロボット2が行う動作である。
時間は、前の動作が始まってから、該当する動作が始まるまでの時間である。図15の例では、動作Aが開始されたから、1分30秒後に動作Bが開始され、動作Bが開始されてから2分後に動作Cが開始される。
図15に示す命令セットを用いると、協調移動の同期と同様の処理を行うことで、協業作業を行うことができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
2 ロボット
2a 第1ロボット
2b 第2ロボット
13 運行管理部
14 保持部(作業ポイントを含む)
15 安全管理連携制御部
16 運行計画部
22 命令セット保持部(作業ポイント、作業情報を含む)
23 制御部
24 センサ部
25 アクチュエータ部
Claims (4)
- 同期の対象となる,自律移動する複数のロボットのそれぞれの位置または時間が所定の作業ポイントに到達したか否かの情報を基に、同期の対象となる前記ロボットのそれぞれに次の作業を行うよう指示する制御部
を有し、
前記制御部は、
同期の対象となる前記ロボットのそれぞれが、前記作業ポイントまでかかる残り時間を計算し、
前記残り時間を、各ロボットへ送信し、
各ロボットは、
前記残り時間が0以下になると、次の作業を開始する
ことを特徴とするロボット制御装置。 - 前記制御部は、
各ロボットが他のロボットと衝突しない範囲で移動できる移動許可距離を計算し、
計算した前記移動許可距離を、ロボットへ送信し、
前記ロボットは、
前記移動許可距離に基づいて移動する
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。 - 前記制御部は、
各ロボットが行う作業の順番を記述した作業情報を生成し、生成した前記作業情報を前記各ロボットへ送信し、
前記各ロボットは、
送信された前記作業情報に基づいて前記作業を実行し、
前記制御部は、
所定の前記ロボットの動作に異常を検出、もしくは、所定の前記ロボットの動作に異常が生じる可能性を検出により、前記異常に応じて前記作業情報を更新し、更新した前記作業情報をロボットへ送信する
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。 - 自律移動する複数のロボットと、
同期の対象となる前記ロボットのそれぞれの位置または時間が所定の作業ポイントに到達したか否かの情報を基に、同期の対象となる前記ロボットのそれぞれに次の作業を行うよう指示する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
同期の対象となる前記ロボットのそれぞれが、前記作業ポイントまでかかる残り時間を計算し、
前記残り時間を、各ロボットへ送信し、
各ロボットは、
前記残り時間が0以下になると、次の作業を開始する
ことを特徴とするロボット制御システム。
Priority Applications (1)
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JP2017119058A JP6967380B2 (ja) | 2017-06-16 | 2017-06-16 | ロボット制御装置、及びロボット制御システム |
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