JPH04304982A - ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、各種プラントや工場等
で点検作業ロボットとして適用されるロボットの制御装
置に係り、特に複数の脚ユニットを有するロボットへの
搭載制御機器の小型軽量化およびケーブル削減等を図っ
たロボットの制御装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、各種プラントや工場等では、オペ
レータによる現場点検作業のうち、比較的簡単な作業や
夜間の監視等ロボットに代行して行わせることが多くな
っている。これによりオペレータの負担が減少できると
ともに、点検作業等がより確実になる等の利点が得られ
る。

【０００４】このような作業点検ロボットとしては、点
検すべき対象が比較的広範囲に渡るため、移動手段とし
て例えばモノレールを利用したモノレール式ロボット、
床面等を車輪で移動するようにした車輪式ロボット、ク
ローラを用いたクローラ式ロボット等が知られている。

【０００５】しかしながら、上記モノレール式ロボット
では、軌道敷設の必要から、付帯設備設置に手間がかか
り、またロボットの行動範囲が限定される。特に、既設
プラントに軌道を敷設することは、軌道の設置スペース
、軌道設置の工事作業時の環境条件等の面から極めて困
難である。

【０００６】また、車輪式ロボットでは、堰、段差、配
管、ケーブル等を乗越えることができず、クローラ式ロ
ボットでは、堰、段差、配管、ケーブル等を乗越える時
に、これら損傷するおそれがある。

【０００７】そこで出願人は、先に特願昭６３−３３１
２６８号として、アクチュエータにより駆動される３自
由度を有する６組の脚ユニット（以下、「６脚」のよう
に称する）で構成した歩行式の点検ロボットを提案した
。

【０００８】この点検ロボットは、６脚のうちの任意の
３脚を接地させ、その３脚の接地点が作る三角形内にロ
ボット本体の重心の鉛直投影点が入るように制御するこ
とにより、常に安定した姿勢を保持できるようにしたも
のである。この点検ロボットの基本的な移動方法は、安
定した姿勢を保ちながら、３脚ずつの２組を交互に接地
状態と脚を浮かせた状態とを繰返すものである。これに
より、床面の移動や、堰、段差、配管、ケーブル等を損
傷のおそれなく、円滑に乗越えることができる。接地状
態の３脚は、移動方向にロボット本体が進むように各自
由度が制御され、浮き状態の他の３脚は、移動方向にそ
の３脚を送られた後、接地状態に移る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
点検ロボットは、脚ユニットを駆動するために多数のア
クチュエータを有し、これらのアクチュエータを駆動す
るドライバユニットやセンサ信号等を入力するインタフ
ェース、コントローラ等が大型化するため、その搭載ス
ペース等が問題となっていた。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、コントローラ等の制御機器をロボット上の各所
の空きスペースに分散配置することができ、しかも各脚
ユニット等の協調制御等が容易に行なえるロボットの制
御装置を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明に係るロボットの制御装置は、垂直面上での自
由度を有するリンク機構からなる複数の脚ユニットを持
つ歩行式のロボットにコントローラを搭載し、前記脚ユ
ニットによる歩行動作を制御するロボットの制御装置で
あって、ホストコンピュータからの指令により前記リン
ク機構の大まかな制御用データを作成する主コントロー
ラと、この主コントローラからデータを受けて脚駆動用
ドライバユニットを制御する複数のローカルコントロー
ラとを互いに独立した構成とし、これら主コントローラ
およびローカルコントローラは、それぞれシリアル入出
力ポートを有するものとして、その各シリアル入出力ポ
ートに接続されるシリアルバスを介し、前記各コントロ
ーラ間のデータ転送をシリアル転送可能としたことを特
徴とする。

【００１２】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、制御機
器を主コントローラと複数のローカルコントローラに分
割して構成することにより、各コントローラの小型化を
図ってこれを分散配置することができ、しかも主コント
ローラからシリアス転送される制御用データのうち必要
なもののみを各ローカルコントローラが取込み、このデ
ータに基づいて求めた通常の位置データを介して、各軸
の協調制御を行うことができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。

【００１４】図１は、ロボットの制御装置の要部を示す
ブロック図で、同図に示すように、本制御装置は、主コ
ントローラ１と複数（図示では計６個）のローカルコン
トローラ２（２ａ，２ｂ…２ｆ）とを有する構成とされ
、この各ローカルコントローラ２（２ａ，２ｂ…２ｆ）
には、それぞれ３個のドライバユニット３が接続されて
いる。例えば１つのローカルコントローラ２ａには、３
個のドライバユニット３ａ１…３ａ３が接続されている
。また、主コントローラ１と各ローカルコントローラ２
（２ａ，２ｂ…２ｆ）とは、ワイヤードＯＲ等で共通接
続されたシリアルバス４を介して接続されているととも
に、各ローカルコントローラ２（例えば、ローカルコン
トローラ２ａ）とドライバユニット３（同じく、ドライ
バユニット３ａ１…３ａ３）との間は、専用バス５で結
合されている。

【００１５】前記各ドライバユニット３は、モータコン
トローラ回路６とＦＥＴブリッジ回路７からなり、モー
タコントロール回路８とエンコーダ９に順次接続されて
いる。一方、前記主コントローラ１は、ロボットの外部
に設置したホストコンピュータ１０とワイヤレスモデム
等（図示せず）を介して通信可能に構成されている。

【００１６】図２は、図１における主コントローラ１及
び各ローカルコントローラ２の詳細を示すブロック図で
ある。

【００１７】即ち、同図に示すように、主コントローラ
１及び各ローカルコントローラ２（２ａ，２ｂ…２ｆ）
には、ＣＰＵ１１、ＳＩＯ（シリアル入出力ポート）１
２、ＣＴＣ（カウンタタイマポート）１３、ＰＩＯ（パ
ラレル入出力ポート）１４、ＷＤＴ（ウオッチドッグタ
イマ）１５及び内部バス１６からなるＭＰＵ（マイクロ
プロセッサ）１７が備えられ、このＭＰＵ１７の外部に
延長された前記内部バス１６には、ＲＡＭ（ランダムア
クセスメモリ）１８とＲＯＭ（リードオンリメモリ）１
９とが接続されているとともに、ＲＳ−２３２Ｃ　ドラ
イバレシーバ２０及びポーレートジェネレータ２１とが
備えられている。

【００１８】次に、上記制御装置での制御例を図３〜図
７を参照して説明する。

【００１９】図３は、制御対象となる点検ロボット３０
の全体構成を示し、図４は１本の脚ユニットを示してい
る。

【００２０】この点検ロボット３０の各脚部は、図３に
示すように、正六角柱状をなすロボット本体３１の周囲
部に、６体の脚ユニット３２を周方向に等間隔で取り付
けた構成とされている。

【００２１】各脚ユニット３２は図４に示すように、ロ
ボット本体３１に対して水平面上および垂直面上での自
由度を有して連結された平行リンク式の基端リンク３２
ａと、この基端リンク３２ａに対してて垂直面上での自
由度を有して連結された１本の先端リンク３２ｂとから
なっている。

【００２２】基端リンク３２ａは垂直な旋回軸３３と、
この旋回軸３３の上下端部に設けられた傾斜軸心を有す
る各一対のボールネジ３４，３５およびナット３６，３
７と、この各ナット３６，３７に２点が支持された三角
形板状のブラケット３８と、このブラケット３８に連結
された平行リンク３９，４０とからなっている。

【００２３】なお、各リンク３２ａ，３２ｂの結合部分
は全て回転自在なピン結合である。基端リンク３２ａの
ナット３６，３７への支持用端点ＰＡ　，ＰＢ　は、そ
れぞれのボールネジ３４，３５がＤＣモータ６で回転駆
動されることにより、そのボールネジ３４，３５の軸線
に沿って一定ストロークだけスライド移動する。端点Ｐ
Ａ　を図４のＡ′方向へスライド移動させると、ブラケ
ット３８が端点ＰＢ　を支点として回動し、平行リンク
３９，４０を介して先端リンク３２ｂの下端が同図のＡ
方向に移動する。また、端点ＰＢ　をＢ′方向へスライ
ド移動させると、ブラケット３８が端点ＰＡ　を支点と
して回動し、平行リンク３９，４０を介して先端リンク
３２ｂの下端、つまり脚先端ＰＳ　がＢ方向へ移動する
。すなわち、先端リンク３２ｂの可動範囲は、図中に示
されているように垂直面内における点Ｐ１　，Ｐ２　，
Ｐ３　およびＰ４　で囲まれる部分である。基端リンク
３２ａの各端点ＰＡ　、端点ＰＢ　のストローク位置は
エンコーダ７により検出され、ストロークの限界位置は
リミットスイッチにより検出される。また、このリンク
機構全体は、図中に示した旋回軸３３の周りに、つまり
水平面上で一定の範囲だけＤＣモータにより回転駆動さ
れる。この脚旋回軸３３の回転位置もエンコーダ７によ
り検出され、回転の限界位置はリミットスイッチにより
検出される。このように、各脚ユニット３２は、垂直面
上での脚振り２自由度と、水平面上での脚旋回１自由度
の計３自由度を有する。なお、図３における脚先端Ｐｓ
　の状態Ｏ，Ｐ１　，Ｐ２　，Ｐ３　およびＰ４　の状
態にそれぞれ対応している。

【００２４】そして、脚ユニット３２を前脚と後脚との
２グループに組分けし、前後に分かれた各脚ユニット３
２は、相互に隣接するもののいずれか１つが常に着地し
て歩行動作を行なうべく設定されている。

【００２５】しかして、脚先端Ｐｓを、例えば図５に示
す正弦波形状や図６に示す台形形状の軌跡に沿って振り
上げ、各脚を協調して移動させることにより、点検ロボ
ット３０が歩行する。同図において、Ｌは歩幅、Ｈは振
り上げ高さである。

【００２６】ここで図７により、図５の正弦波形状の軌
跡で脚先端Ｐｓを動作させる場合の制御を説明する。ま
ず、ホストコンピュータ１０に歩幅Ｌと振り上げ高さＨ
とをオペレータが指定する。すると、ホストコンピュー
タ１０は、脚先端Ｐｓが辿る大まかな座標データ、例え
ばＰｓ０，Ｐｓ１…Ｐｓ４を演算し、次に脚先端Ｐｓが
Ｐｓ０，Ｐｓ１…Ｐｓ４に位置する時のリンク機構３１
，３２の各補間位置データを演算して、主コントローラ
１の　ＲＳ−２３２Ｃドライバレシーバ２０に伝送する
。

【００２７】主コントローラ１は、シリアルバス４を介
して対象コントローラ名を付加したコマンド及び前記補
間位置データ等を各ローカルコントローラ２（２ａ，２
ｂ…２ｆ）に伝送する。各ローカルコントローラ２（２
ａ，２ｂ…２ｆ）は、該当コントローラ名のコマンドが
付加されている時にのみそのデータを取込み、図５に示
すように、歩行速度から脚先端Ｐｓのポイント座標デー
タＰｓ０，Ｐｓ１…Ｐｓ４の通過時間Ｔｓ０，Ｔｓ１…
Ｔｓ４を設定し、更にこのポイント間を所定の時間ｄＴ
で分割して通過チェックポイントＰａ（ｎ）を設定する
。そして、通過チェックポイントＰａ（ｎ）間の移動量
ｄＰ（ｎ）　を直線近似で求め、通過時間を管理しなが
ら、例えばドライバユニット３（３ａ１，３ａ２）に指
令値を送り脚先端Ｐｓを制御するのである。

【００２８】以上の本実施例によれば、制御機器を主コ
ントローラ１と複数のローカルコントローラ２に分割し
て構成することにより、各コントローラの小型化を図っ
てこれを分散配置することができ、しかも主コントロー
ラ１からシリアス転送される制御用データのうち必要な
もののみを各ローカルコントローラ２が取込み、このデ
ータに基づいて求めた通常の位置データを介して、各軸
の協調制御を行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、１台当た
りの各コントローラ寸法を小型化することにより、制御
機器を分散配置してロボットの空きスペースを有効に活
用することができ、保守の容易なロボット制御装置を得
ることができる。しかも、ロボットの各脚、各軸を容易
に協調制御することができるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す制御構成ブロック図。

【図２】図１における主コントローラ及びローカルコン
トローラの詳細を示すブロック図。

【図３】制御対象となるロボットを示す構成図。

【図４】前記ロボットの脚ユニットを示す説明図。

【図５】図４における脚先端の軌跡の一例を示す説明図
。

【図６】図４における脚先端の軌跡の他の例を示す説明
図。

【図７】コントローラによる制御例を示す説明図。

【符号の説明】

１　　主コントローラ ２　　ローカルコントローラ ３　　ドライバユニット ４　　シリアルバス ５　　専用バス １０　　ホストコンピュータ １２　　ＳＩＯ（シリアル入出力ポート）１６　　内部
バス １７　　ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）３０　　ロボッ
ト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　垂直面上での自由度を有するリンク機
   構からなる複数の脚ユニットを持つ歩行式のロボットに
   コントローラを搭載し、前記脚ユニットによる歩行動作
   を制御するロボットの制御装置であって、ホストコンピ
   ュータからの指令により前記リンク機構の大まかな制御
   用データを作成する主コントローラと、この主コントロ
   ーラからデータを受けて脚駆動用ドライバユニットを制
   御する複数のローカルコントローラとを互いに独立した
   構成とし、これら主コントローラおよびローカルコント
   ローラは、それぞれシリアル入出力ポートを有するもの
   として、その各シリアル入出力ポートに接続されるシリ
   アルバスを介し、前記各コントローラ間のデータ転送を
   シリアル転送可能としたことを特徴とするロボットの制
   御装置。