JP7276359B2

JP7276359B2 - 動作指令生成装置、機構制御システム、コンピュータプログラム、動作指令生成方法及び機構制御方法

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Publication number: JP7276359B2
Application number: JP2021001712A
Authority: JP
Inventors: 具宏上塩; 泰史吉浦
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2023-05-18
Anticipated expiration: 2041-01-07
Also published as: JP2022106598A; US20220212343A1

Description

本発明は、動作指令生成装置、機構制御システム、コンピュータプログラム、動作指令生成方法及び機構制御方法に関する。

特許文献１には、搬送装置におけるモータ制御装置において、複数種類のカム曲線テーブルが設けられたカム曲線メモリから、１の選択したカム曲線テーブルを参照しながら、インタプリタから与えられたストロークと移動時間を満足する指令値を算出するものが記載されている。

特開平５－９０３８６号公報

汎用の産業用ロボットはその動作自由度が高く、各種の自動機械に幅広く応用ができるため広く使用されている。一方で、その動作自由度が高いことは、産業用ロボットを特定の用途に使用するためプログラミングをする際に、産業用ロボット固有の専門的知識を必要とすることを意味している。

ところで、世間に多く用いられている自動機械は、必ずしもその全てが汎用の産業用ロボットにより実現されているわけではなく、固有の機械機構、例えばカム機構やリンク機構などを用いて実現されているものも数多く存在する。こうした自動機械の老朽化等に伴う更新にあたって、産業用ロボットを導入することには、機器の共通化による保守の容易化や、動作パターンの柔軟な変更を可能とすることによる多品種少量生産への対応など、多くのメリットをもたらすと考えられる。

ところが、固有の機械機構により実現されている動作は、固有の機械機構に即して記述されているため、直ちに産業用ロボットに移植することができず、また産業用ロボットの専門的知識を要する技術者を要するため、これまで固有の機械機構により実現されてきた自動制御の資産を有効に活用することができないという問題が存在する。

この問題は、汎用の産業用ロボットについてのみ生じるものではなく、ある固有の機構に基づいて記述された自動制御の資産を他の機構において実現しようとする際には等しく生じるものと考えられる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ある固有の機構に基づいて記述された自動制御を他の機構において容易に実現することである。

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。

本発明の一の側面に係る動作指令生成装置は、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、を有し、前記動作指令生成部は、複数の前記機構要素についての移動曲線と、複数の前記機構要素間の機械的関係より得られる、前記仮想機構の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて、前記動作指令を生成する。

本発明の別の一の側面に係る動作指令生成装置は、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、を有し、前記移動曲線は、始点、終点及び曲線形状を指定することにより得られる単位移動曲線を含み、少なくとも前記始点及び前記終点のいずれかは、外部入力に基づくオフセットが可能である。

本発明の別の一の側面に係る動作指令生成装置は、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、を有し、前記動作指令は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である。

本発明の別の一の側面に係る動作指令生成装置は、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、前記実機構の物理モデル情報を保持する物理モデル情報保持部と、前記物理モデル情報に基づいて、前記実機構に含まれる電動機の負荷変動を算出する負荷変動算出部と、を有する。

本発明の別の一の側面に係る動作指令生成装置は、さらに、前記負荷変動に基づいて、電動機の選定の可否を示す電動機選定情報を出力する電動機選定情報出力部をさらに有するものであってよい。

本発明の別の一の側面に係る動作指令生成装置では、さらに、前記負荷変動算出部は、さらに、外力を示す情報に基づいて、前記電動機の負荷変動を算出するものであってよい。

本発明の別の一の側面に係る動作指令生成装置では、さらに、前記移動曲線は所定の周期により繰り返される繰り返し曲線であってよい。

本発明の一の側面に係る機構制御システムは、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、を有する動作指令生成装置と、前記動作指令を実行して前記実機構を制御する機構制御部と、前記実機構の制御の実行速度及び向きを変更可能である実行速度可変部と、を有する。

本発明の一の側面に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、を有し、前記動作指令生成部は、複数の前記機構要素についての移動曲線と、複数の前記機構要素間の機械的関係より得られる、前記仮想機構の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて、前記動作指令を生成する、動作指令生成装置として機能させる。

本発明の別の一の側面に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、前記実機構の物理モデル情報を保持する物理モデル情報保持部と、前記物理モデル情報に基づいて、前記実機構に含まれる電動機の負荷変動を算出する負荷変動算出部と、を有し、前記動作指令は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である、動作指令生成装置として機能させる。

本発明の一の側面に係る動作指令生成方法は、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定し、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する、動作指令生成方法であって、複数の前記機構要素についての移動曲線と、複数の前記機構要素間の機械的関係より得られる、前記仮想機構の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて、前記動作指令を生成する。

本発明の別の一の側面に係る動作指令生成方法は、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定し、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成し、前記実機構の物理モデル情報に基づいて、前記実機構に含まれる電動機の負荷変動を算出する、動作指令生成方法であって、前記動作指令は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である。

本発明の一の側面に係る機構制御方法は、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定し、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成し、
前記動作指令を前記実機構に出力する、機構制御方法であって、複数の前記機構要素についての移動曲線と、複数の前記機構要素間の機械的関係より得られる、前記仮想機構の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて、前記動作指令を生成する。

本発明の別の一の側面に係る機構制御方法は、仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定し、前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成し、前記実機構の物理モデル情報に基づいて、前記実機構に含まれる電動機の負荷変動を算出し、前記動作指令を前記実機構に出力する、機構制御方法であって、前記動作指令は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である。

本発明の好適な実施形態に係る機構制御システムと、機構制御システムにより制御される実機構を例示する概念図である。動作指令生成装置のハードウェア構成の一例として示される、一般的なコンピュータの構成を示す図である。動作指令生成装置において取り扱う、実機構と仮想機構との関係を示す概念図である。動作指令生成装置の機能ブロック図である。移動曲線指定部によってモニタを通してユーザに提示されるＧＵＩの例を示す図である。動作指令生成部が動作指令を生成する手法を説明する概念図である。オフセットの動作の説明をする図である。電動機選定情報出力部によりユーザに提示されるＧＵＩの一例を示す図である。図８のＧＵＩ上でモデル指定部を選択することにより表示される、ユーザが電動機製品のモデルを選択するためのＧＵＩの例を示す図である。ユーザが物理モデルを選択するＧＵＩの例を示す図である。動作指令生成装置を含む機構制御システムの全体の機能ブロック図である。操作端末におけるＧＵＩの例を示す図である。機構制御システムにより実行される実機構の動作指令の生成方法と、実機構の制御方法を示すフロー図である。

図１は、本発明の好適な実施形態に係る機構制御システム１と、機構制御システム１により制御される実機構２を例示する概念図である。この例では、機構制御システム１には、動作指令生成装置３、機構制御装置４、及び操作端末５が含まれている。

実機構２は、何らかの作業Ｔを自動実行する機械的機構である。本実施形態での実機構は、図１に示したように汎用の産業用ロボットに、適宜のエンドエフェクタを装着したものであるが、実機構２の機械的機構がどのようなものであるかには必ずしも限定はない。産業用ロボットを用いる場合は、図示したような縦型多関節ロボットのほか、水平多関節型（スカラー型）や、パラレルリンク型、直交型などの他の形式のロボットであってもよい。またロボット以外の汎用又は専用の機構を用いるものでもよい。専用の機構としては、リンク機構やカム機構、あるいはそれらの組み合わせなどが想定される。

本例では、実機構２は、電動機をその動力源として含んでおり、その動作は主として電動機の制御により行われる。すなわち、実機構２を構成する産業用ロボットは、その各関節に設置されたサーボモータによりその動作が実現されている。しかしながら、実機構２は、電動機以外の動力源を含んでいてもよい。例えば、エンドエフェクタの動作に適宜空圧又は油圧機器等が用いられてもよいし、実機構２のエンドエフェクタ以外の機構の動力源として、電動機以外のものを一部または全部使用してもよい。

また、「実機構」という語は、本明細書においてこの後使用する「仮想機構」という語と対比して用いている。ここでは、「実機構」は、作業Ｔを実行させるために、現実に構築され、使用される機械的機構を意味する。これに対して、「仮想機構」は、作業Ｔを実行するものとして仮想的に観念される機構であって、現実に構築され使用されるものではない機械的機構を意味する。

作業Ｔは実機構２が自動実行するものであればどのようなものであってもよい。物品の加工や搬送、検査、デモンストレーションその他作業Ｔの内容は限定されない。

機構制御システム１は、実機構２の動作を制御する機能を持つ単独の装置又は複数の装置からなるシステムである。図１に示した例では、実機構２に動力を供給し、制御する機構制御装置４と、実機構２の動作指令を作成し、機構制御装置４に転送して実機構２の制御をさせる動作指令生成装置３、及び動作中または停止中の実機構２をマニュアルで動作させ、あるいは停止し、さらにはその動作速度や向きの変更を指示する操作端末５が機構制御装置１に含まれ、それぞれ電気的な情報通信により接続された独立した機器として示されている。

機構制御装置４は、ここでは、実機構２が産業用ロボットであるから、いわゆるロボットコントローラである。機構制御装置４には、実機構２に含まれるサーボモータを制御するサーボコントローラのほか、空圧機器その他の各種付属機器を、動作指令生成装置３により生成された動作指令に従って電子的に制御する制御機構が設けられている。

動作指令生成装置３は、本例では、ハードウェアは一般的なコンピュータを用いており、当該ハードウェア上で実行されるソフトウェアにより、コンピュータを動作指令生成装置３として機能させている。動作指令生成装置３は、機構制御装置４が実機構２を制御する際に実行する命令群である動作指令を生成する。ユーザは、実機構２により実現しようとする作業Ｔを、後述するように、仮想機構に基づいて動作指令生成装置３に入力し、動作指令生成装置３は、そのようにして入力された作業Ｔが実機構２により実現されるように、動作指令を生成する。この動作指令作成装置３におけるユーザの入力と、動作指令の生成については後ほど詳述する。

操作端末５は、動作指令が用意され、実機構２に作業Ｔを自動実行させる準備が整った機構制御装置４に対して、オペレータが、作業Ｔの実行の開始及び停止や、実行速度や向き等の実行時の条件を指示するための機器である。操作端末５は、必ずしも機構制御装置１に必要な機器ではなく、必要に応じて設ければよい。機構制御装置４による作業Ｔの自動実行の開始及び停止の指示や、そのタイミングは、操作端末５を用いたオペレータの指示に必ずしも基づかなくともよく、機構制御装置４に対しする図示しない上流又は下流の機器からの信号に基づくものであってもよい。

機構制御システム１自体のハードウェア構成は、図１で示した動作指令生成装置３、機構制御装置４及び操作端末５の組み合わせに限定されず、一の機器がこれらの機器の複数の機能を兼ね備えるものであっても、またその逆であってもよい。例えば、機構制御装置４が動作指令生成装置３としての機能を有していたり、その逆であったりしてもよい。また、図１では、動作指令生成装置３と機構制御装置４は有線接続により、また、機構制御装置４と操作端末５は無線接続により相互に情報通信可能であるように示されているが、その接続の態様は限定されない。インターネットを含む任意の電気通信ネットワークを介してそれら機器が情報通信可能に接続されてもよい。また、機構制御システム１の機能の一部、例えば、動作指令生成装置３としての機能が電気通信ネットワークを介していわゆるクラウドコンピューティングにより提供されてもよい。

以下では、機構制御システム１に含まれる動作指令生成装置３の詳細を説明する。図２は、動作指令生成装置３のハードウェア構成の一例として示される、一般的なコンピュータ６の構成を示す図である。コンピュータ６は、プロセッサであるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）６ａ、メモリであるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）６ｂ、外部記憶装置６ｃ、ＧＣ（ＧｒａｐｈｉｃｓＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）６ｄ、入力デバイス６ｅ及びＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｒ／Ｏｕｔｐｕｔ）６ｆがデータバス６ｇにより相互に電気信号のやり取りができるよう接続されている。なお、ここで示したコンピュータ６のハードウェア構成は一例であり、これ以外の構成のものであってもよい。

外部記憶装置６ｃはＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）やＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等の静的に情報を記録できる装置である。またＧＣ６ｄからの信号はＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）やいわゆるフラットパネルディスプレイ等の、使用者が視覚的に画像を認識するモニタ６ｈに出力され、画像として表示される。入力デバイス６ｅはキーボードやマウス、タッチパネル等の、ユーザが情報を入力するための一又は複数の機器であり、Ｉ／Ｏ６ｆはコンピュータ６が外部の機器と情報をやり取りするための一又は複数のインタフェースである。Ｉ／Ｏ６ｆには、有線接続するための各種ポート及び、無線接続のためのコントローラが含まれていてよい。

コンピュータ６を動作指令生成装置３として機能させるためのコンピュータプログラムは外部記憶装置６ｃに記憶され、必要に応じてＲＡＭ６ｂに読みだされてＣＰＵ６ａにより実行される。すなわち、ＲＡＭ６ｂには、ＣＰＵ６ａにより実行されることにより、コンピュータ６を動作指令生成装置３として機能させるためのプログラムコードが記憶されることとなる。かかるコンピュータプログラムは、適宜の光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等の適宜のコンピュータ可読情報記録媒体に記録されて提供されても、Ｉ／Ｏ６ｆを介して外部のインターネット等の情報通信回線を介して提供されてもよい。

図３は、動作指令生成装置３において取り扱う、実機構３と仮想機構７との関係を示す概念図である。仮想機構７は、ここでは、スライダクランク機構と平カム機構を組み合わせたものとして図示しているが、これは概念的な一例として示したものであり、ユーザが求める作業Ｔにより異なる。

この時、作業Ｔにおいて必要な動作は、仮想機構７を構成する機構要素ごとに定められる。例えば、スライダ７ａは、クランク軸７ｂの回転に伴ってその変位が定まるようにリンクが設計され、また、テーブル７ｃは、カム軸７ｄの回転に伴ってその変異が定まるようにカム曲線が設計される。仮想機構７のクランク軸７ｂやカム軸７ｄなどの動力軸は、仮想的なマスター軸（機構設計において、「マスターカム」などと称される場合もある）の回転に連動して動作する。

このような仮想機構７は、作業Ｔを実現する固有の機械機構として観念される。そのため、仮想機構７の各機構要素の動作は、作業Ｔの実現に必要な各動作との親和性が高い。すなわち、作業Ｔの各動作と直感的によく対応していると想定される。あるいは、仮想機構７は、現実に過去に用いられていた自動機械の機械機構そのものを表したものであり、仮想機構７の各機構要素の動作は、かかる自動機械の機械機構の動作である場合も考えられる。

これに対し、実際の作業Ｔは、実機構２によって実現される。実機構は仮想機構７とは通常は機械機構が異なり、本例では実機構２は図示した通りの汎用の縦型多関節ロボットである。そして、実機構２は多自由度を持っており（図示の例では７自由度）、機械機構が互いに異なるにも関わらず、仮想機構７により実行される作業Ｔを再現できる。

この時、作業Ｔを実現するために実機構２に与えるべき動作指令は、実機構２の機械構成に即したものでなければならない。すなわち、図３の例では、作業Ｔは、縦型多関節ロボットである実機構２における座標系の中での動作として記述されなければならない。ところが、実機構２は作業Ｔに即して設計された機械機構ではないから、作業Ｔに含まれる動作を実機構２の動作として記述するのは難しい。これに対し、仮想機構７は、作業Ｔに即して設計された機械機構であるから、仮想機構７に含まれる各機構要素の動作の集合として作業Ｔを記述するのは容易であるか、または、現実に過去に用いられていた自動機械の機械機構の動作として直ちに入手できる。

動作指令生成装置３は、このように、直感的に記述され、または既に存在する仮想機構７に含まれる各機構要素の動作として表現された作業Ｔに基づいて、実機構２に対する動作指令を生成する装置である。したがって、動作指令生成装置３は、仮想機構７に基づく動作の記述を入力として受け、実機構２についての動作指令を出力するものとなる。

図４は、動作指令生成装置３の機能ブロック図である。同図に示す各機能は、動作指令生成装置３が図２に示す一般的なコンピュータ６により実現される場合、ＣＰＵ６ａによりコンピュータプログラムが実行され、また、ＲＡＭ６ｂや外部記憶装置６ｃに記憶領域が割り当てられること等により実現される。まずは図４に示した各機能ブロックの簡明な説明をし、その後、各機能の詳細な説明を行う。

移動曲線指定部３０は、ユーザが、仮想機構７に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定するために設けられる。移動曲線指定部３０は、ユーザが移動曲線を指定するためのＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）を含んでおり、後述するように、ユーザが、始点、終点及び曲線形状を指定することにより得られる単位移動曲線を入力することにより移動曲線が得られるように構成されている。

仮想機構情報指定部３１は、仮想機構情報を指定するために設けられ、指定された仮想機構情報は仮想機構情報保持部３２に保持される。仮想機構情報には、少なくとも、複数の機構要素間の機械的関係が含まれる。定性的には、仮想機構情報は、仮想機構７において表現された機構の動作を、実機構２における機構の動作に変換するために必要となる情報の一部または全部である。本実施形態では、仮想機構情報は、仮想機構７における自由度を生成する変数と、各変数間の関係及び、実機構２における座標との関係が含まれている。仮想機構情報の具体的な例については後掲する。

仮想機構情報に含まれる変数は、仮想機構情報指定部３１により指定してもよいし、移動曲線指定部３０において指定してもよい。例えば、移動曲線指定部３０のＧＵＩにてユーザが「軸」を追加したならば、かかる「軸」は仮想機構情報に含まれるべき１自由度の変数であるから、かかる「軸」の情報を仮想機構情報指定部３１に送り、対応する変数を仮想機構情報に追加すればよい。また逆に、仮想機構情報指定部３１のＧＵＩにて、仮想機構７に含まれる機構要素の動作を特定する変数を追加したならば、かかる変数は移動曲線指定部３０においては「軸」として取り扱われるから、かかる変数の情報を移動曲線指定部３０に送り、対応する「軸」を移動曲線指定部３０のＧＵＩに追加すればよい。

動作指令生成部３３は、移動曲線指定部３０においてユーザに指定された移動曲線に基づいて、実機構２の動作指令を生成する。この際、動作指令生成部３３は、仮想機構情報保持部３２に保持された仮想機構情報を用いる。本実施形態では、動作指令生成部３３において、実機構２の座標空間において実機構２が取るべき座標及び姿勢が得られ、産業用ロボットである実機構２は、その座標空間、すなわち、いわゆるロボット座標系における目標座標及び姿勢を指定する動作指令により動作させることができるから、動作指令生成部３３は、移動曲線及び仮想機構情報を用いて得られた実機構２が取るべき座標及び姿勢より動作指令を生成することができる。

なお、実機構２が産業用ロボットではなく、他の任意の機構である場合には、実機構２に与える動作指令は、その目標となる座標及び姿勢のみからは直ちに得られない場合がある。かかる場合には、動作指令生成部３３は、後述する実機構２の物理モデル情報を物理モデル情報保持部３７から得て動作指令を生成する。

生成された動作指令は動作指令出力部３４から機構制御装置４に出力される。機構制御装置４は、動作指令出力部３４から受信した動作指令を記憶し、かかる動作指令に基づいて実機構２を制御し、作業Ｔを行わせる。

また、負荷変動算出部３５は、ユーザが入力した作業Ｔにより生じる、実機構２に含まれる電動機の負荷変動を算出する。この負荷変動は、実機構２の具体的な構成や形状、質量に依存するため、負荷変動算出部３５は、作業Ｔの内容に加え、物理モデル情報保持部３７に保持された物理モデル情報に基づいて電動機の負荷変動を算出するようになっている。物理モデル情報は、物理モデル情報指定部３６によりユーザにより指定される。物理モデル情報指定部３６は、ユーザが物理モデル情報を指定するための適宜のＧＵＩを備えている。

電動機選定情報出力部３８は、負荷変動算出部３５により算出された負荷変動に基づいて、電動機選定の可否を示す電動機選定情報を出力する。この出力は、例えば、コンピュータ２のモニタ６ｈを通してユーザに提示され、ユーザが作業Ｔを実現する実機構２を構築するにあたって選定すべき電動機についての情報を提供する。

図５は、移動曲線指定部３０によってモニタ６ｈを通してユーザに提示されるＧＵＩの例を示す図である。この例で示すＧＵＩでは、横軸が時間及びマスター軸の回転角度、縦軸が機構要素の変位その他の指定項目の変化を示すものとしてグラフ形式で移動曲線等を入力できるようになっている。以下、ＧＵＩに示されている各要素について説明する。

横軸を示す横軸目盛は、ＧＵＩ上部に時間目盛３０ａ及びマスター軸回転角目盛３０ｂの双方で示されている。マスター軸回転角目盛３０ｂは、繰り返し回転する仮想的なマスター軸の回転角を示しており、その範囲は０°～３６０°である。時間目盛３０ａは、マスター軸回転角３０ｂと対応した経過時間を示している。マスター軸回転角目盛３０ｂと時間目盛３０ａの対応関係、すなわち、マスター軸が１回転に要する時間は任意に設定することができる。また、図５では、時間目盛３０ａの単位は秒（ｓｅｃ）、マスター軸回転角目盛３０ｂの単位は度（ｄｅｇ）で表しているが、この単位は任意に変更できてよい。例えば、時間目盛３０ａの単位を分、時あるいは日としてもよく、マスター軸回転角目盛３０ｂの単位をラジアン（ｒａｄ）としてもよい。

縦軸には、ユーザが作業Ｔを記述する上で必要な指定項目を適宜追加できるようにＧＵＩが設計されている。図５の例では、上から、ブレークポイント３０ｃ、軸３０ｄ（クランク軸）、外力３０ｅ、軸３０ｆ（カム軸）、出力信号３０ｇ（エンドエフェクタ）、入力信号３０ｈ（動作完了信号）が示されている。なお、指定項目には、ユーザが適宜わかりやすい名前を付けることができるため、図５に示されている名称がここでの説明における名称と異なっている場合がある。図５に示されている名称は上の文章中で、カッコ書きの中で示した。

まずは「軸」である、軸３０ｄ及び軸３０ｆについて説明する。ここでいう「軸」は仮想機構７の自由度を構成する変数であり、仮想機構７の機構要素の変位を示す。「軸」の単位は対象となる機構要素の性質に応じたものであってよく、図５に示した軸３０ｄは図３のスライダクランク機構を、軸３０ｆは図３の平カム機構を想定したものであるため、それぞれ、スライダ７ａの変位と、平カムにより駆動されるステージ７ｃの変位を示しているが、機構要素が例えば、ターンテーブルのような回転体である場合には、その回転角を変位としてよい。当然にその変位の単位は任意であり、図５の軸３０ｄ及び軸３０ｆについて示したミリメートル（ｍｍ）に限定されるものではなく、任意に設定できてよい。

「軸」の指定項目においては、横軸を時間又はマスター軸回転角とし、縦軸を変位として、時間方向の機構要素の変位の変化を示す移動曲線３０ｉをユーザがＧＵＩを用いて指定できるように設計されている。ここで、移動曲線３０ｉには、実験で示した単位移動曲線３０ｊと、単位移動曲線間を接続する接続移動曲線３０ｋの２種が含まれる。

移動曲線指定部３０において移動曲線３０ｉを指定する際に重要であるのは、作業Ｔを実現するために機構要素に生じなければならない変位である。したがって、移動曲線指定部３０は、ユーザが、移動曲線３０ｉの全範囲（すなわち、マスター軸回転角の０°～３６０°の範囲）にわたって移動曲線３０ｉの形状を指定しなくとも移動曲線３０ｉを構築できるように設計されている。

すなわち、ユーザが、移動曲線３０ｉに含まれる単位移動曲線３０ｊを指定すれば移動曲線３０ｉが得られるようになっている。単位移動曲線３０ｊは、機構要素の変位のある初期の値から目標となる値までの変化を記述する曲線である。移動曲線指定部３０は、ユーザに、その始点３０ｌと終点３０ｍ、及び、始点３０ｌと終点３０ｍを繋ぐ単位移動曲線３０ｊの曲線形状を指定させることにより、単位移動曲線３０ｊを得る。始点３０ｌと終点３０ｍはそれぞれ、時間（又はマスター軸回転角）と変位を指定するものである。曲線形状は、移動曲線指定部３０があらかじめ用意した種々の曲線形状から選択できるほか、その形状をユーザが自由に設計できるものであってよい。

曲線形状としては、あらかじめ代表的な曲線、例えば、台形加速曲線や曲線加速曲線（いわゆるＳ字加速曲線など）が選択可能に用意されているほか、クランク機構やリンク機構における変位の曲線などが任意に選択できてよい。また、これ以外にも、別途ＧＵＩを用意して任意のカム曲線を設計し、あるいは加速度曲線や躍度曲線を指定してユーザが任意の曲線を設計できるようにしてもよい。さらには、別のソフトウェア、例えばカム曲線を設計する専用のソフトウェアにより設計された曲線をインポートできるようにしてもよい。

ユーザが必要な単位移動曲線３０ｊを指定すると、移動曲線指定部３０は隣接する単位移動曲線３０ｊ間を接続移動曲線３０ｋで連続するよう接続する。より具体的には、接続移動曲線３０ｋは、前の単位移動曲線３０ｊの終点３０ｍと次の単位移動曲線３０ｊの始点３０ｌとを接続する曲線であり、その曲線形状はあらかじめ定めた形状、例えば曲線加速曲線に従う。接続移動曲線３０ｋの曲線形状をどのようなものにするかはユーザが任意に設定できるようにしてよい。

ここで、移動曲線３０ｉは所定の周期、すなわち、マスター軸が一回転する周期で繰り返される繰り返し曲線であるから、その開始時点と終了時点とにおける変位は一致していなければならない。したがって、移動曲線指定部３０は、ユーザにより指定された最も後ろの単位移動曲線３０ｊの終点と、最も前の単位移動曲線３０ｊの始点についても繰り返しにより連続するように接続移動曲線３０ｋで接続する。

さらに、任意の「軸」に対して、外力を示す指定項目である、外力３０ｆが設けられてよい。外力３０ｆは、関連する「軸」、ここでは直上に位置する軸３０ｄに対して作用する外力を指定する指定項目である。これは、具体的には、この「軸」が機構要素として、例えばクランクプレスであれば、この機構要素にはプレス反力が作用するし、機構要素として物品を持ち上げ移動する物であれば、物品の保持による重力が作用する。このような、作業Ｔの経過に応じて生じる外力を外力３０ｆに記述することができる。

外力３０ｆは、後述するように、電動機の負荷変動の算出に用いられるから、かかる負荷変動の算出をしない場合には、その指定は必須ではない。また、外力３０ｆにて指定する力の向きは、本実施形態では、外力３０ｆに関連付けられる「軸」の向きである。したがって、ある時間範囲で力が指定されたなら、その「軸」に対して、軸方向に指定された力が作用することを意味している。なお、本実施形態では軸３０ｄと外力３０ｅの符号は一致しているが、符号をどのようにするかは任意である。

出力信号３０ｇは、時間の進展、すなわち、マスター軸の回転に伴って、機構制御装置４が外部に出力する信号の変化を指定するものである。この信号は、例えば、機構制御装置４が有する外部出力接点のインピーダンスのハイ／ローの変化を示しており、かかる接点に接続された外部の機器が、機構制御装置４から出力された信号に基づいて動作を行う。本例では、図３の仮想機構７に図示しないエンドエフェクタの動作の切り替えを指示するものであり、図５に示されたタイミングで信号が出力される。なお、出力信号３０ｇはここで説明したようなハイ／ローの２値信号に限定されず、連続的な信号、例えば電圧信号や、特定のプロトコルに基づいてデジタル値を出力するもの等であってもよい。

入力信号３０ｈは、機構制御装置４に対して、外部の機器、例えば、実機構２と連動して作業Ｔを実行すべき上流或いは下流の機器や、作業Ｔの状態を検出するためのセンサなどから入力される信号である。図５に示した入力信号３０ｈもまた、機構制御装置４が有する外部入力接点のインピーダンスのハイ／ローの変化を示すものとして記述されている。

ここで、入力信号３０ｈの値も、出力信号３０ｇやその他の指定項目と同様に、時間あるいはマスター軸の回転角に対して記述されている。しかしながら、入力信号３０ｈは機構制御装置４の制御下にない外部の機器から入力される値を示すものであるから、その値の変化するタイミングを、機構制御装置４によって制御することはできない。したがって、入力信号３０ｈにおいて、ある時間においてその値が変化するかのように記述されている場合には、かかる記述は、そのタイミングにおいて入力信号３０ｈの値が変化することを意味しない。

入力信号３０ｈは、機構制御装置４による制御の実行及び停止を切り替えるための条件を指定するものと理解される。すなわち、機構制御装置４による制御は、図５の横軸方向に時間（又はマスター軸の回転）に伴って進展していくが、指定されたある動作を行う際に、かかる動作を実行する条件が満たされることを待つ必要がある場合がある。例えば、上流の機器から加工対象物の搬入が完了したり、作業Ｔに必要な機器の動作、例えば接着剤を所定の分量吐出し終えたりしたことを確認してから次の動作に移る等である。

図５の入力信号３０ｈは動作完了信号と記述されており、何らかの実機構２と関連する機器の動作が完了していること、又は動作中であることを示す信号である。この時、入力信号３０ｈの記述の意味は、外部入力の値が入力信号３０ｈとして指定された値と一致している場合に、時間（又はマスター軸の回転）を進めて、各機構要素を指定された通りに動作させ、外部入力の値が入力信号３０ｈとして指定された値と一致しない場合には、時間（又はマスター軸の回転）を停止して、外部入力の値が入力信号３０ｈとして指定された値と一致するまで待機するというものである。このような入力信号３０ｈを指定項目として指定できるようにすることで、動作指令生成装置３は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である動作指令を生成することができる。

また、外部入力に基づかずとも、機構制御装置４による制御の実行及び停止を切り替え可能に指定できてよい。ブレークポイント３０ｃは、機構制御装置４による制御の一時停止位置を指定する指定項目である。図５の例では、番号１及び２で示された２か所にブレークポイントが指定されているが、これは、時間（又はマスター軸の回転）が進展してブレークポイントとして指定されたタイミングに到来した際に、機構制御装置４による制御を一時停止するというものである。停止した制御は、後述する操作端末５による操作によって再開できる。

適宜ブレークポイントを指定することで、作業Ｔを新たに構築したり、作業Ｔの内容を一部変更したりした際に、作業Ｔに含まれる各機構要素の動作内容を細かく確認することができる。作業Ｔとして指定した各機構要素の動作内容に問題がないことが確認できれば、ブレークポイントは削除するか、又は後述するように、無効化するとよい。

以上のＧＵＩを用いることで、移動曲線指定部３０により、ユーザは、作業Ｔを、仮想機構７を具体的に構築する必要なく、仮想機構７に基づく移動曲線３０ｉやその他の指定項目の集合体として記述できる。したがって、実機構２、ここでは産業用ロボット固有の専門的知識を必要とせず、仮想的な固有の機械機構に基づいて自動制御を容易に記述できる。また、この仮想的な固有の機械機構が、既存の固有の機械機構に一致する場合には、かかる固有の機構に基づいて記述された自動制御の資産を有効に活用できることになる。

図４に戻り、仮想機構情報指定部３１及び仮想機構情報保持部３２より先に、動作指令生成部３３の説明をする。動作指令生成部３３は、すでに述べたように、移動曲線指定部３０においてユーザに指定された移動曲線に基づいて、実機構２の動作指令を生成する。すなわち、図３の仮想機構７について指定された図５における移動曲線３０ｉ及び、その他の指定項目に基づいて、図３の実機構２についての動作指令を生成するのである。

この生成方法自体は特定の手法に限定されなければならないわけではない。例えば、特定の仮想機構７の状態を特定の実機構２の状態に対応付ける恒等変換が明らかであれば、かかる射によって、図５に示されたような移動曲線３０ｉや他の指定項目に基づいて、実機構２のあるべき状態を逐一求め、かかる状態を指令する動作指令を生成すれば適切な動作指令が得られるであろう。このような手法を取ることはなんら否定されるものではない。

しかしながら、仮想機構７の状態から実機構２の状態への写像は必ずしも単射ではなく明らかではない場合も存在する。そこで、本実施形態に係る動作指令生成部３３は、次に説明する手法により動作指令を生成する。

図６は、動作指令生成部３３が動作指令を生成する手法を説明する概念図である。本手法は、目標点を介して、仮想機構７における各変数を実機構２における各変数へと変換して動作指令を得る。

まず、図６の左端に示すように、仮想機構７については、仮想機構７に含まれる各機構要素についての移動曲線３０ｉが指定されている。これに対し、まず、変換３３ａにより、仮想機構についての座標系である、仮想機構座標Ｖにおける目標値（ｘ，θ）_Ｖを求める。

目標値（ｘ，θ）_Ｖは、ある時刻ｔにおける仮想機構７の作用端の位置及び姿勢を３次元空間内で示したものであり、６次元の値である。移動曲線３０ｉから目標値（ｘ，θ）_Ｖを得るための関係は仮想機構情報保持部３２に仮想機構情報３２ａを構成するものとして含まれている。この関係は、仮想機構７の複数の機構要素間の機械的関係を定めるものである。かかる機械的関係は、例えば、ある時刻ｔにおける各移動曲線３０ｉの値から目標値（ｘ，θ）_Ｖを求めるための関係式として与えられる。

そして、目標値（ｘ，θ）_Ｖは、全時間範囲にわたって求められるため、仮想機構座標Ｖにおける目標値（ｘ，θ）_Ｖの軌跡が得られることになる。目標値（ｘ，θ）_Ｖの軌跡は、仮想機構座標Ｖ内における閉じた曲線となる。

続いて、変換３３ｂにより、仮想機構座標Ｖにおける目標値（ｘ，θ）_Ｖを、実機構座標Ｒにおける目標値目標値（ｘ，θ）_Ｒに変換する。実機構座標Ｒは、実機構２についての座標系であり、実機構２が産業用ロボットであればロボット座標系とするとよい。変換３３ｂは単なる座標変換であるから、この変換は単なるアフィン変換でよく、アフィン行列Ａを与えておけばよい。この変換３３ｂにより、実機構座標Ｒにおける目標値（ｘ，θ）_Ｒの軌跡が、やはり閉じた曲線として得られる。

なお、アフィン行列Ａは、やはり仮想機構情報保持部３２に仮想機構情報３２ａを構成するものとして含まれていればよい。この変換行列Ａは、仮想機構７と実機構２との関係を定める情報である。かかる情報を用いることで、仮想機構７について記述された作用端の動作を、実機構２についての動作として表すことができる。

ここで、機構制御装置４が、実機構座標Ｒにおける時間ｔについての目標値（ｘ，θ）_Ｒを動作指令として直接与えることを許容するのであれば、得られた目標値（ｘ，θ）_Ｒを用いて、直ちに実機構２に対する動作指令を生成することができるから、次に説明する逆キネマティクス演算３３ｃを動作指令生成部３３において行う必要はない。多くの汎用の産業用ロボットを制御するロボットコントローラを用いる場合には逆キネマティクス演算３３ｃは不要であると考えられる。

しかしながら、実機構２は必ずしも汎用の産業用ロボットに限定されるわけではなく、また、産業用ロボットを用いるものであったとしても、そのエンドエフェクタにさらに可動要素を設けている場合には、目標値（ｘ，θ）_Ｒによって直ちに動作指令を得ることはできない。

そこで、続いて、逆キネマティクス演算３３ｃを行う。この演算では、目標値（ｘ，θ）_Ｒに対して逆演算、いわゆる逆キネマティクス演算を行うことによって実機構２の状態を決定づける変数の値３３ｄを求める。この時、逆キネマティクス演算を行うために必要な実機構２の変数間の関係は、物理モデル情報保持部２７に保持される物理モデル情報３７ａに含まれている。そして、時間ｔに対する実機構２の状態を決定づける変数の値３３ｄが既知となれば、動作指令生成部３３は、容易く実機構２の動作指令を生成することができる。

そして、逆キネマティクス演算の対象となる目標値（ｘ，θ）_Ｒは、仮想機構７の動作を示す目標値（ｘ，θ）_Ｒから得られるから、動作指令生成部３３は、仮想機構７の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて動作指令を生成していることになる。また、仮想機構７の動作を示す目標値（ｘ，θ）_Ｒは、仮想機構７の複数の機構要素についての移動曲線３０ｉと機構要素間の機械的関係より得られるのである。

したがって、図４の仮想機構情報指定部３１は、仮想機構情報として、仮想機構７の複数の機構要素間の機械的関係と、仮想機構７と実機構２との関係を指定するものである。この指定方法は任意であり、特に制限はない。適宜のＧＵＩによりこれら関係を入力させるものであっても、あるいは、特定のフォーマットにしたがって、かかる関係を記述したデータファイルを用意させ、かかるファイルをインポートするものであってもよい。指定された仮想機構情報は、仮想機構情報保持部３２により保持され、動作指令生成部３３において用いられる。

動作指令出力部３４は、動作指令生成部３３により生成された動作指令を機構制御装置４に出力する。かかる動作指令が機構制御装置４によって実行されることにより、実機構２と仮想機構７とが互いに異なる機械構成を有するものであっても、実機構２により、仮想機構７についてのものとして記述された作業Ｔが実現される。

物理モデル情報保持部３７に保持される物理モデル情報には、前述した、逆キネマティクス演算に用いるための、実機構２の変数間の関係以外に、実機構２を構成する機械部品の仮想モデルがさらに含まれていてよい。これらの関係や仮想モデルは、任意のＧＵＩその他の手法により、物理モデル情報指定部３６を用いて、ユーザにより指定される。

ここで、動作指令生成部３３により生成された動作指令においては、単位移動曲線３０ｊのユーザにより指定された始点３０ｌと終点３０ｍを外部入力に基づくオフセットをさせることができる。図7は、オフセットの動作の説明をする図である。

図7の（ａ）に示した移動曲線３０ｉは、図５の軸３０ｄで示した移動曲線３０ｉの一部分を拡大したものである。この時、軸３０ｄに示される機構要素は、同図に示されているように、始点３０ｌから終点３０ｍまでを単位移動曲線３０ｊで示された運動をするよう指定されている。

この軸３０ｄに示される機構要素が行う作業はどのようなものであっても差し支えはないが、これが例えば搬入された物品に対して何らかの作用、例えば把持や加工などを行うものである場合、物品の搬入時の位置決め精度や形状のばらつきなどの種々の原因により、始点３０ｌの理想的な位置は、（ａ）に示した始点３０ｌの位置とは異なる場合がある。そして、この始点３０ｌの理想的な位置は、作業Ｔの繰り返し動作のたびに異なる可能性がある。

そこで、例えば、搬入された物品の位置や形状を任意の外部の機器、例えば、測距センサやイメージセンサを用いた画像処理器により取得し、移動曲線３０ｉにおいて示された始点３０ｌからのずれであるオフセット距離ｄ_ｏｆｆを外部入力として機構制御装置４に入力しておく。

移動曲線指定部３０は、かかる外部入力を始点３０ｌにオフセット値として指定することができる。図７の（ｂ）は、そのような外部入力として、オフセット値ｄ_ｏｆｆが入力された場合の、移動曲線３０ｉの変化の様子を示している。（ｂ）において点線で示されているのは、本来ユーザが移動曲線指定部３０において指定した移動曲線３０ｉを示し、実線又は破線により示されているのは、動作指令生成装置３により生成された動作指令に基づいて実機構２が行う動作を、軸３０ｄに換算して表示したものである。

（ｂ）に示されているように、始点３０ｌは、ユーザにより指定された位置から、外部入力されたオフセット距離ｄ_ｏｆｆだけオフセットされ、作業Ｔにとって理想的な位置とすることができる。一方、終点３０ｍはオフセットの指定がなされていないため、ユーザにより指定された位置からの変化はなく、始点３０ｌがオフセットされたことによる影響がその後の動作に及ぶことはない。

また、始点３０ｌと終点３０ｍを結ぶ単位移動曲線３０ｊの形状は、ユーザが指定した曲線形状のものとなるよう再計算がなされる。同様に、オフセットされた始点３０ｌとその前の位置とが接続されるように、接続移動曲線３０ｋの形状は再計算がなされる。接続移動曲線３０ｋの曲線形状についても、あらかじめ指定された曲線形状が用いられる。

すなわち、オフセットの指定がなされた始点３０ｌの前後の単位移動曲線３０ｊ又は接続移動曲線３０ｋの形状は再計算され、オフセットがなされても機構要素が連続的に動作するよう移動曲線３０ｉの形状が変更される。

以上の説明では、始点３０ｌにのみオフセットを指定するものとしたが、同様に、終点３０ｍにオフセットを指定することも当然に可能である。また、オフセットを指定する始点３０ｌ及び終点３０ｍの個数にも制限はなく、全ての始点３０ｌ及び終点３０ｍに対してオフセットを指定してもよい。必要に応じ、少なくとも始点３０ｌ及び終点３０ｍのいずれかは、外部入力に基づくオフセットが可能としておくとよい。

図４に戻り、負荷変動算出部３５の動作について説明する。負荷変動算出部３５はすでに述べたとおり、実機構２に含まれる電動機の負荷変動を算出するものであるが、ユーザが指定する図５の移動曲線３０ｉは仮想機構７の機構要素についてのものであり、実機構２と仮想機構７とはその機構は必ずしも一致しないため、移動曲線３０ｉから実機構２に含まれる電動機の負荷を直接求めることは困難である。また、ユーザが指定する外力３０ｅもまた、図５の「軸」、すなわち、仮想機構７の機構要素について示したものであるから、これについても、実機構２に含まれる電動機に対してどのような負荷として作用するかは直接にはわからない。

そのため、負荷変動算出部３５は、動作指令生成部３３によって、動作指令を生成するために得た各種情報を用いる。具体的には、図６に示した実機構２の状態を決定づける変数の値３３ｄを用いる。これは、実機構２に含まれる電動機の動作を示すものに他ならない。

さらに、負荷変動算出部３５は、物理モデル情報保持部３７に保持された物理モデル情報を参照する。物理モデル情報には、実機構２の物理モデル、少なくとも、実機構２に含まれる電動機それぞれについて、その電動機により駆動される機構の質量と慣性モーメント、電動機の減速比等の情報が含まれているため、これらの値と電動機の動作から、電動機に作用するトルクの時間変化を算出することができる。

実機構２が図１等に示したような多関節ロボットである場合には、ロボットアームの中間関節において用いられている電動機により駆動される、先端部分の慣性モーメントは、かかる先端部分の姿勢により変化しうる（例えば、先端部分が伸長されていれば慣性モーメントは大きく、小さく折りたたまれていれば慣性モーメントは小さくなる）。物理モデル情報には、実機構２を構成するそれぞれの可動部分の形状と質量についての情報を含めておき、負荷変動算出部３５が、慣性モーメントを実機構２の姿勢に基づいた物理シミュレーションにより求めるようにしてもよいし、簡便な方法として、物理モデル情報に、ある電動機により駆動される機構の質量と、慣性モーメントの最大値を含めておき、負荷変動算出部３５は、かかる慣性モーメントの最大値を用いて電動機に作用するトルクを算出するものとすることもできる。

さらに正確を期するため、負荷変動算出部３５は、ユーザが指定した外力３０ｅの影響を計算する。図５に示したように、ユーザが指定した外力３０ｇは、仮想機構７の機構要素の変異の方向について指定されたものである。

したがって、負荷変動算出部３５は、この外力を実機構２の状態を決定づける変数の向きについて示さなければならない。この方法は、図６において示した動作指令生成部３３が動作指令を生成する手法とほぼ同様である。

すなわち、ユーザが指定した外力を変換３３ａにより、仮想機構座標Ｖにおける向き及び大きさとして求める。さらに、変換３３ｂにより、仮想機構座標Ｖにおいて示された外力を実機構座標Ｒにおける向き及び大きさとして求める。さらに、逆キネマティクス演算３３ｃにより求められた実機構２の状態を決定づける変数の値から、ある時間ｔにおける実機構座標Ｒでの外力が、実機構２の状態を決定づける変数のそれぞれの変異方向について及ぼす力の大きさが計算できるため、かかる力の大きさに基づいて、実機構２に含まれる各電動機に対して作用する外力によるトルクが得られる。

最終的に、実機構２に含まれる電動機の負荷変動は、ユーザが指定した移動曲線３０ｉと物理モデル情報から得られる慣性トルクと、ユーザが指定した外力３０ｅから得られる外力トルクの和としてこれを求めることができる。

電動機選定情報出力部３８は、負荷変動算出部３５により算出された電動機の負荷変動をユーザに提示し、選定すべき電動機についての情報を提供する。図８は、電動機選定情報出力部３８によりユーザに提示されるＧＵＩの一例を示す図である。

ＧＵＩ上では、ユーザに対して必要な情報が提示される。ここでは、実機構２に含まれる電動機のうち、どの電動機についての情報を提示しているかを示すとともに、ユーザがどの電動機についての情報の提示を求めているかを指定する電動機指定部３８ａ、指定された電動機について選択されている電動機のモデル名を示すとともに、ユーザが電動機のモデルを指定するモデル指定部３８ｂ、負荷変動算出部３５により算出された電動機の負荷変動から電動機に要求される諸元を表示する要求諸元表示部３８ｃ、現在選択されている電動機のモデルの諸元を表示する電動機諸元表示部３８ｄ、負荷変動算出部３５により算出された電動機の負荷変動を、グラフ上で軌跡として表示する負荷変動表示部３８ｅがＧＵＩに含まれる。ＧＵＩに含まれるべき情報の種類やその表示方法は任意である。

電動機指定部３８ａでは、実機構２に含まれる複数の電動機を識別する識別名で電動機が特定される。識別名は物理モデル情報により特定されていてよい。一方で、この情報からは、電動機の諸元は特定されない。ユーザは、ＧＵＩ上で電動機指定部３８ａを選択することにより、実機構２に含まれる電動機のいずれかを選択することができる。電動機が選ばれると、モデル指定部３８ｂ、要求諸元表示部３８ｃ、電動機諸元表示部３８ｄ及び負荷変動表示部３８ｅの表示内容は、選択された電動機についてのものに切り替わる。

モデル指定部３８ｂでは、選択されている電動機として選定されている製品のモデルが特定される。ユーザは、ＧＵＩ上でモデル指定部３８ｂを選択することにより、実際に入手可能な電動機製品のモデルを選択できるようになっている。この電動機製品のモデルを選択するためのＧＵＩについてはこの後説明する。モデル指定部３８ｂにより、選択された電動機として用いられる電動機製品の具体的なモデルが特定されることにより、電動機の具体的な諸元が特定される。

要求諸元表示部３８ｃには、選択された電動機について、負荷変動算出部３５により算出された電動機の負荷変動から電動機の要求諸元として必要なものが表示される。図８の例では、有効トルク、負荷比、最大トルク、最大速度及び平均速度が示されている。要求諸元は、選択された電動機が要求諸元を満足する性能を有していなければ、作業Ｔが行えないことを示す情報である。

電動機諸元表示部３８ｄには、選択された電動機について選択された電動機製品のモデルの諸元が表示される。この時表示される情報は、ユーザが入手可能なモデルについては、あらかじめ電動機選定情報出力部３８がデータベースとして保有している。また、電動機諸元表示部３８ｄには、要求諸元表示部３８ｃにおいて表示される要求諸元と対応する電動機諸元を、ユーザが両者を比較することが容易なように対応付けて表示するとよい。図８の例では、対応関係にある要求諸元と電動機諸元は、横方向に隣接して示すことで両者が対応していることを示すようになっている。

そして、電動機諸元は、要求諸元を満足するものでなければならないところ、電動機諸元が要求諸元に満たないものについては、図８に示すように、不足のある電動機諸元を強調表示して、電動機として選択された電動機製品のモデルの性能が不足していることを明示する。かかる表示を見れば、ユーザは、現在選択されている電動機製品のモデルを変更する必要があることを即座に把握できる。

負荷変動表示部３８ｅは、選択された電動機が、実機構２が作業Ｔを実行する際に受ける負荷変動の軌跡をグラフ表示するものである。図８の例では、横軸に電動機トルクを、縦軸に電動機速度をとった平面における電動機の運転状態の変化を太線にて示している。この平面において、領域３８ｆは電動機が定常運転可能である運転条件を、領域３８ｇは非定常運転（短時間での運転）可能である運転条件を、領域３８ｈは過負荷のため運転不可である運転条件を示しており、この平面上に示された軌跡を見れば、選択された電動機がどのような運転条件の下で、作業Ｔを実行するのかが一目瞭然に理解される。

図９は、図８のＧＵＩ上でモデル指定部３８ｂを選択することにより表示される、ユーザが電動機製品のモデルを選択するためのＧＵＩの例を示す図である。ＧＵＩ上では、ユーザが電動機製品の各モデルを把握しやすいよう、整理して示される。図９の例では、電動機製品は、シリーズ１～シリーズ４に分類されて並べられている。かかる分類は、電動機製品の仕様や形状その他に基づいてユーザが理解しやすいものを選べばよい。

また、表示された各モデルは、その表示の態様に違いが設けられる。本実施形態では、表示色を変えることにより表示の態様を異ならせているが、どのように表示の態様に違いを設けるかは任意である。また、図９では、色の違いを示すために、各モデルを示す枠を細線、太破線及び太線で示すことにより区別している。本例では、細線のものは赤色、太破線のものは黄色、太線のものは緑色で表示されていることを示している。

この表示の態様の差は、ＧＵＩ上で表示された電動機製品の各モデルの諸元が、負荷変動算出部３５により算出された電動機の負荷変動から得られた電動機の要求諸元をどの程度満足しているかに応じて選択される。すなわち、表示されているモデルにかかる電動機製品の諸元が、要求諸元をすべて満足する場合（すなわち、定常運転が可能である場合）には緑色で、要求諸元を部分的に満足する場合（すなわち、非定常運転を許容すれば運転可能である場合）には黄色で、要求諸元を満足しない場合（すなわち、運転不可である場合）には赤色で示すようにしている。

このように、作業Ｔについて得られた電動機の負荷変動に基づいて、電動機製品のモデルが要求諸元を満足するか否か、すなわち、特定のモデルにかかる電動機の選定の可否を示す電動機選定情報が、電動機製品のモデルを選択するＧＵＩ上で示されているため、ユーザは、作業Ｔを実施するために必要な電動機製品のモデルを簡単に選択することができる。また、図８の負荷変動表示部３８ｅに、電動機の運転条件に対する電動機の運転状態の変化が示されるため、例えば、選択した電動機として、常に定常運転が可能となる運転条件下で運転ができる高性能を有する電動機製品のモデルを選択しなければならないのか、あるいは非定常運転を許容する運転条件下での運転ができる性能を有する電動機製品のモデルを選択することにより、より低コストにて実機構２を構築できるのか、その判断が容易となる。

図９のＧＵＩ上で、ユーザが所望する電動機製品のモデルを選択することにより、図８のモデル指定部３８ｂに表示されるモデル名が変更され、また、それに伴い、電動機諸元表示部３８ｄに表示される電動機諸元と、負荷変動表示部３８ｅにおける領域３８ｆ、３８ｇ、３８ｈの形状が選択された電動機製品のモデルに応じたものとなる。

図４に戻り、物理モデル情報指定部３６のＧＵＩの例について説明する。物理モデル情報指定部３６は、上述した物理モデル情報として必要な情報をユーザが指定できるものであれば、どのようなものであってもよい。本実施形態では、かかるＧＵＩの一例として、図１０にユーザが物理モデルを選択するＧＵＩの例を示す。

ＧＵＩには、あらかじめユーザが実機構２として使用する可能性の高い複数の機構の候補が一覧として示されている。例えば、ユーザが産業用ロボットを使用したければ、上段に表示された候補の中から適したものを選び、その他の機構を使用したければ、中下段に表示された機構の候補の中から適したものを選択すればよい。

物理モデル情報指定部３６は、ユーザに選択肢として提示した機構については、あらかじめ物理モデル情報を用意している。そのため、ユーザは、単に提示された機構を選択し、あるいは機構を選択後、必要な部分の寸法や質量などの追加の入力を求められるだけで、簡便に物理モデル情報を指定することができる。

これ以外の方法によってもユーザが物理モデル情報を指定できてよい。例えば、所定のフォーマットに従って物理モデル情報を記述したファイルや、市販の三次元ＣＡＤソフトウェアにより作成された三次元モデルのデータを物理モデル情報としてインポートできるようにしてもよい。

図１１は、以上で説明した動作指令生成装置３を含む機構制御システム１の全体の機能ブロック図である。機構制御システム１において、動作指令生成装置３によって生成された動作指令は機構制御装置４に送られ、動作指令保持部４０に保持される。機構制御装置４は、機構制御部４１によって、動作指令を動作指令保持部４０から読みだして実行し、制御指令を実機構２に出力することで、実機構２を作業Ｔを実行するように制御する。

またこの際、上下流の機器やセンサなどの各種の外部機器８から外部入力をうけ、外部入力に含まれる入力信号に基づいて、制御の実行および停止を切り替えたり、同じく外部入力に含まれるオフセット距離に基づいて、実機構２の制御目標位置をオフセットさせたりする。

さらに、機構制御部４１には、実機構２の制御の実行速度及び向きを変更可能である実行速度可変部４２が含まれていてよく、機構制御部４１自体に対するユーザからの指令や、実行速度可変部４２に対するユーザからの指示は、操作端末５によりなされてよい。

図１２は、操作端末５におけるＧＵＩの例を示す図である。操作端末５は、ユーザが、作業Ｔ自体の実行の開始や停止、および実行時の付加的な条件を指示するために用いる機器であり、タブレット型ＰＣなどの携帯型コンピュータ端末や、産業用機器の操作に使用されるタッチパネル製品、または専用のスイッチボードなどを適宜用いてよい。ここでは、操作端末５としてタブレット型ＰＣが用いられたものとして図１２を示している。

図１２に示したＧＵＩでは、実行ボタン５ａ、停止ボタン５ｂ、逆方向実行ボタン５ｃ及び、速度倍率設定部５ｄおよびブレークポイント有効無効切り替え部５ｅが用意されている。

実行ボタン５ａは、機構制御部４１によって、実機構２に対し、作業Ｔの実行を指示するインタフェースである。ユーザが実行ボタン５ａを選択することにより、機構制御部４１は実機構２の動作を開始し、作業Ｔは繰り返し実行される。停止ボタン５ｂは、作業Ｔの停止を指示するインタフェースである。ユーザが停止ボタン５ｂを選択すると、機構制御部４１は、実行中の実機構２の動作をその時点で即座に停止する。動作の再開は、再び実行ボタン５ａを選択することによってなされる。また、前述したブレークポイントが到来したことにより停止した実機構２の動作もまた、実行ボタン５ａを選択することによって再開させられる。

逆方向実行ボタン５ｃは、機構制御部４１によって、実機構２に対し、作業Ｔを逆方向に実行することを指示するインタフェースである。すなわち、逆方向実行ボタン５ｃに基づく実機構２の動作は、図５で示した時間（又はマスター軸の回転角）を逆方向にさかのぼるように行われる。すなわち、図５で示された作業Ｔの各動作が、図中右から左に進行するように実行される。

そして、実行ボタン５ａ及び逆方向実行ボタン５ｃによる順方向又は逆方向の実機構２の動作の速度は、倍率指定部５ｄのインタフェースを用いて速度倍率を設定することで変更可能である。すなわち、速度倍率として１００％を指定すれば、図５でユーザが指定した通りの速度で作業Ｔが実行されるのに対し、５０％を指定すればその半分の速度でゆっくりと動作が行われ、また、２００％を指定すれば倍の速度で高速に動作が行われる。

かかる実機構の動作の向き及び速度の変更は、実行速度可変部４２によりなされる。実行速度可変部４２は、機構制御部４１から実機構２に対して出力される制御指令を、倍率指定部５ｄによって指定された速度倍率を乗じた速度で動作するように上書きし、また、実行ボタン５ａ及び逆方向実行ボタン５ｃの選択による動作の向きに応じて、制御指令による動作の向き及び、動作指令の実行順を順方向又は逆方向とする。

また、ブレークポイント有効無効切り替え部５ｅは、図５のブレークポイント３０ｃを参照して説明したブレークポイントによる作業Ｔの動作の停止を有効とするか無効とするかをユーザに選択させることができる。すなわち、ブレークポイント有効無効切り替え部５ｅによって、有効が選択されている場合、機構制御装置４は、動作指令に含まれるブレークポイントの指令に従い、作業Ｔの動作を停止させる。これに対し、すなわち、ブレークポイント有効無効切り替え部５ｅによって、無効が選択されている場合、機構制御装置４は、動作指令に含まれるブレークポイントの指令を無視する。

このようにすることで、実機構２に最初に動作をさせる際には、あらかじめ指定しておいたブレークポイントで実機構２の動作を停止させ、その実行内容を確認しながら作業Ｔ全体の動作を確認することができる一方、かかる動作の確認が済んだ後、ブレークポイント有効無効切り替え部５ｅにおいて無効を選択することにより、指定済みのブレークポイントを除去して動作指令を再作成することなく、ブレークポイントでの動作の停止を行うことなく連続的に作業Ｔを実行できるようになる。

図１３は、機構制御システム１により実行される実機構２の動作指令の生成方法と、実機構２の制御方法を示すフロー図である。

まず、ステップＳ１において、あらかじめ、仮想機構情報を指定しておく。これは、すでに図４を参照して説明した、仮想機構情報指定部３１により実現される。続くステップＳ２では、物理モデル情報を指定しておく。これもまた、図４を参照して説明した、物理モデル情報指定部３６により実現される。

それから、ステップＳ３において、移動曲線を指定する。これは図４に示した移動曲線指定部３０を用い、図５を参照して説明したように行うとよい。維持曲線の指定後、かかる移動曲線に基づいて、ステップＳ４で動作指令を生成する。この動作指令の生成は、図４の動作指令生成部により、図６を参照して説明した方法で行われる。

ここまでのステップＳ１～Ｓ４は、作業Ｔについての動作指令の生成方法を示している。さらに、ステップＳ８までで、実機構２の制御方法が示される。

ステップＳ５では、指定された物理モデル情報に基づいて、実機構２に含まれる電動機の負荷変動を算出する。この算出は、図４を参照して説明した負荷変動算出部３５によりなされる。算出された負荷変動に基づいて、ステップＳ６では、電動機選定情報が出力され、ユーザに提示される。ユーザはかかる電動機選定情報に基づいて適切な電動機を選定し、実機構２を構築する。

また、ステップＳ７では、ステップＳ４にて生成された動作指令を、機構制御装置4に出力する。最後に、ステップＳ８では、機構制御装置４が、動作指令に基づいて、構築された実機構２を制御することにより、作業Ｔが実現される。

１機構制御システム、２実機構、３動作指令生成装置、４機構制御装置、５操作端末、５ａ実行ボタン、５ｂ停止ボタン、５ｃ逆方向実行ボタン、５ｄ倍率指定部、５ｅブレークポイント有効無効切り替え部、６コンピュータ、６ａＣＰＵ、６ｂＲＡＭ、６ｃ外部記憶装置、６ｄＧＣ、６ｅ入力デバイス、６ｆＩ／Ｏ、６ｇデータバス、７仮想機構、７ａスライダ、７ｂクランク軸、７ｃテーブル、７ｄカム軸、８外部機器、３０移動曲線指定部、３０ａ時間目盛、３０ｂマスター軸回転角目盛、３０ｃブレークポイント、３０ｄ軸、３０ｅ外力、３０ｆ軸、３０ｇ出力信号、３０ｈ入力信号、３０ｉ移動曲線、３０ｊ単位移動曲線、３０ｋ接続移動曲線、３０ｌ始点、３０ｍ終点、３１仮想機構情報指定部、３２仮想機構情報保持部、３２ａ仮想機構情報、３３動作指令生成部、３３ａ変換、３３ｂ変換、３３ｃ逆キネマティクス演算、３３ｄ変数の値、３４動作指令出力部、３５負荷変動算出部、３６物理モデル情報指定部、３７物理モデル情報保持部、３７ａ物理モデル情報、３８電動機選定情報出力部、３８ａ電動機指定部、３８ｂモデル指定部、３８ｃ要求諸元表示部、３８ｄ電動機諸元表示部、３８ｅ負荷変動表示部、３８ｆ，３８ｇ，３８ｈ領域、４０動作指令保持部、４１機構制御部、４２実行速度可変部。

Claims

仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、
を有し、
前記動作指令生成部は、複数の前記機構要素についての移動曲線と、複数の前記機構要素間の機械的関係より得られる、前記仮想機構の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて、前記動作指令を生成する、
動作指令生成装置。
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、
を有し、
前記移動曲線は、始点、終点及び曲線形状を指定することにより得られる単位移動曲線を含み、
少なくとも前記始点及び前記終点のいずれかは、外部入力に基づくオフセットが可能である、
動作指令生成装置。
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、
を有し、
前記動作指令は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である、
動作指令生成装置。
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、
前記実機構の物理モデル情報を保持する物理モデル情報保持部と、
前記物理モデル情報に基づいて、前記実機構に含まれる電動機の負荷変動を算出する負荷変動算出部と、
を有する動作指令生成装置。
前記負荷変動に基づいて、電動機の選定の可否を示す電動機選定情報を出力する電動機選定情報出力部をさらに有する、
請求項４に記載の動作指令生成装置。
前記負荷変動算出部は、さらに、外力を示す情報に基づいて、前記電動機の負荷変動を算出する、
請求項４又は５に記載の動作指令生成装置。
前記移動曲線は所定の周期により繰り返される繰り返し曲線である、
請求項１～６のいずれか１項に記載の動作指令生成装置。
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、
を有する動作指令生成装置と、
前記動作指令を実行して前記実機構を制御する機構制御部と、
前記実機構の制御の実行速度及び向きを変更可能である実行速度可変部と、
を有する機構制御システム。
コンピュータを、
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、
を有し、
前記動作指令生成部は、複数の前記機構要素についての移動曲線と、複数の前記機構要素間の機械的関係より得られる、前記仮想機構の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて、前記動作指令を生成する、
動作指令生成装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
コンピュータを、
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定する移動曲線指定部と、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する動作指令生成部と、
前記実機構の物理モデル情報を保持する物理モデル情報保持部と、
前記物理モデル情報に基づいて、前記実機構に含まれる電動機の負荷変動を算出する負荷変動算出部と、
を有し、
前記動作指令は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である、
動作指令生成装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定し、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成する、
動作指令生成方法であって、
複数の前記機構要素についての移動曲線と、複数の前記機構要素間の機械的関係より得られる、前記仮想機構の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて、前記動作指令を生成する、
動作指令生成方法。
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定し、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成し、
前記実機構の物理モデル情報に基づいて、前記実機構に含まれる電動機の負荷変動を算出する、
動作指令生成方法であって、
前記動作指令は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である、
動作指令生成方法。
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定し、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成し、
前記動作指令を前記実機構に出力する、
機構制御方法であって、
複数の前記機構要素についての移動曲線と、複数の前記機構要素間の機械的関係より得られる、前記仮想機構の動作に基づく逆キネマティクス演算を用いて、前記動作指令を生成する、
機構制御方法。
仮想機構に含まれる１又は複数の機構要素の動作を記述する移動曲線を指定し、
前記移動曲線に基づいて実機構の動作指令を生成し、
前記実機構の物理モデル情報に基づいて、前記実機構に含まれる電動機の負荷変動を算出し、
前記動作指令を前記実機構に出力する、
機構制御方法であって、
前記動作指令は、外部入力に基づいて、その実行及び停止を切り替え可能である、
機構制御方法。