JPH11120216A - メカトロニクス機器設計支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メカトロニクス機器の設計時間を短縮し、機
器試作前の机上デバックを可能にすること。 【解決手段】 機構を構成する部品の幾何形状データ６
１ａ、部品の特性及び状態を表す特性／状態データ６１
ｂ、及び部品間の動的連結関係データ６１ｃとを含む機
構モデルデータ６１の入力を処理する機構モデル作成部
１と、機構の動作を制御する制御フローデータ６２の入
力を処理する制御フロー作成部２と、機構モデルデータ
６１と制御フローデータ６２とから部品の状態変化を計
算する演算処理部３と、演算処理部３での計算結果を基
に部品の状態変化を表示させるための処理を行う表示処
理部４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、現金自動支払い装
置、自動発券機、プリンタ等のファームウェア（機器組
込型ソフトウェア）による各種機構や媒体（紙幣・カー
ドなど）搬送機構制御装置を有するメカトロニクス製品
の、機構設計とファームウェア設計をコンピュータを利
用して支援する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、メカトロニクス製品の開発にお
いては、機構設計者（以下、メカ設計者という）と、こ
れを制御する組込型ソフトウェア設計者（以下ファーム
ウェア設計者という）とは、別々に作業を行う。メカ設
計者は、機構の特性や基本動作情報を設計資料として記
述し、ファームウェア設計者に伝達する。この資料で
は、一般に、図表やフローチャートを用い、機構部品・
電子部品の位置や特性、動作処理方法、エラー処理方法
などを記述する。ファームウェア設計者はこれらの設計
資料を基にシステム設計、プログラム設計を行い、ファ
ームウェア製造を行った後、実機にて検証を行う。従っ
て、前述した資料はファームウェア設計者にとって設計
の元となる重要な情報であり、曖昧な表現を含まない、
間違いのないものでなければなければならない。

【０００３】一方、従来から、ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ
などの設計支援システムがあるが、それらは、 機構部品の幾何学形状を表現する機械系ＣＡＤシステ
ム 構造解析を行うシミュレータ ソフトウェアの製造効率を高めるＣＡＳＥツール 回路図を入力するシステム のように、そのほとんどが、各技術分野に特化したシス
テムであった。メカトロニクス機器においては、機構、
電子回路、制御プログラムが統合されて１つの機能を実
現するが、従来の設計環境はそれらをそれぞれ別々に構
築せざるを得ない。従って、メカ構設計者、回路設計
者、ファームウェア設計者などは、お互いの情報をドキ
ュメントベースで交換するしか方法がなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような理由か
ら、従来のメカトロニクス製品の設計においては、次の
ような問題があった。 設計資料作成に時間がかかる。メカ設計者が作成する
設計資料には機構の動作を漏れなく記述する必要があ
り、詳細なフローチャートやタイムチャートを作成しな
ければならない。それらを作成するためにメカ設計者は
多大な工数を必要とした。 伝達ミスやロスが発生する。設計資料の記述が不完全
で曖昧になりやすく、ファームウェア設計者に充分な意
図が伝わらず、設計ミスを生じる。また、意図確認のた
めのやりとりで時間的ロスを生じる。 機構制御ファームウェアの机上デバッグができないた
め、事前の不具合検出が困難である。ファームウェアの
机上デバッグを行うためのシミュレーションソフトウェ
アは市販品が存在するが、これらはＣＰＵモデル上で、
論理的な動作のみを検証するものである。従って、装置
の機構動作を含めた制御全体の検証は困難である。 試作後の改良作業が多発する。の理由により、機構
の動作を伴うファームウェアの検証は、実機がないと正
確な評価ができない。従って、テスト・改良作業が機器
試作後に集中し、製品完成時期が遅れてしまう。従っ
て、本発明はこれらの課題を解決することを目的とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、機構を構成す
る部品の幾何形状データと、部品の特性及び状態を表す
特性／状態データと、部品間の動的連結関係データとを
含む機構モデルデータの入力を処理する機構モデル作成
部と、機構の動作を制御する制御フローデータの入力を
処理する制御フロー作成部と、機構モデルデータと制御
フローデータとから部品の状態変化を計算する演算処理
部と、演算処理部での計算結果を基に部品の状態変化を
表示させるための処理を行う表示処理部とを、備えたも
のである。

【０００６】また、機構モデル作成部に、機構を構成す
る部品間の動的連結データの入力を処理する連結情報入
力部と、幾何形状データと特性／状態データとから部品
間の動的連結データを生成する連結情報自動生成部とを
有する動作連結入力部を、備えたものである。

【０００７】また、制御フロー作成部に、機構モデルデ
ータから部品の特性／状態データを抽出し制御データと
して制御フローデータヘ出力を行う部品状態抽出部と、
制御フローデータから部品の状態データを抽出し特性／
状態データとして機構モデルデータヘ出力を行う部品状
態表示部とを有する状態連結入力部を、備えたものであ
る。

【０００８】また、演算処理部が、制御フローデータの
データを解析する制御フロー解釈部、制御フロー解釈部
からの情報を基に部品の制御情報を決定する演算制御
部、及び演算制御部からの情報を基に部品の間の相互関
係を計算する幾何拘束・力学演算処理部から構成される
機構動作計算部と、機構動作計算部からの情報に基づい
て機構モデル内の部品の状態変化を検出するセンサ状態
抽出部と、各計算のための条件を設定する計算条件設定
部とから構成されるようにしたものである。

【０００９】また、表示処理部に、部品の状態変化を表
示させるための状態表示部と、部品の時間的変化をチャ
ート表示させるためのタイムチャート表示部とを、備え
たものである。

【００１０】さらに、外部ソフトウェアシミュレータと
演算処理部との同期機構を有し、外部ソフトウェアシミ
ュレータから時刻と部品の状態信号とを受信して演算処
理部に送信するとともに、演算処理部での演算処理結果
を受信して外部ソフトウェアシミュレータに送信するイ
ンターフェース処理部を、備えたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１ 図１は、本発明に係るメカトロニクス機器設計支援装置
の構成図である。この装置は、機構モデル作成部１、制
御フロー作成部２、演算処理部３、表示処理部４の４つ
の基本処理部と、インターフェース処理部５、データ記
憶部６、及び入出力装置７を具備している。なお、機構
モデル作成部１、制御フロー作成部２、演算処理部３、
表示処理部４の各部は、ソフトウェアで構成され、コン
ピュータによって動作される。

【００１２】機構モデル作成部１は、機構を構成する機
械・電気部品の幾何学的形状の入力を処理する部品幾何
形状入力部１０と、部品の特性や状態の入力を処理する
部品特性／状態入力部１１と、部品間の動的な連結関係
の入力を処理する動作連結入力部１２とにより構成され
る。制御フロー作成部２は、機構を制御する制御フロー
データ（制御シーケンスデータ）の入力を処理する制御
フロー入力部２１と、制御フロー入力部２１から入力さ
れた部品の制御データ（例えばモータをＯＮする）と機
構モデル作成部１から入力された部品の特性／状態デー
タとの関連付けを行う状態連結処理部２２とから構成さ
れる。なお、制御フローデータは、フローチャートや
表、状態遷移図等を用いて入力される。演算処理部３
は、入力された機構モデルデータと制御フローデータを
読み込んで、制御フローに従って、機構の動作を検証す
るものである。この演算処理部３は、計算時間などの条
件を設定する計算条件設定部３１と、機構モデル内のセ
ンサに対応して部品の変化（座標や状態）を検出するセ
ンサ状態検出部３２と、機構モデル内の部品の変化量及
びその変化に基づく状態を計算する機構動作計算部３３
とから構成される。表示処理部４は、機構モデルの部品
の状態変化（座標や状態）を入出力装置７に表示させる
ための処理を行う状態表示部４１と、各部品の状態の時
間的変化を入出力装置７にチャート表示させる処理を行
うタイムチャート表示部４２とから構成されている。

【００１３】データ記憶部６は、機構モデル作成部１を
介して入力された部品の幾何形状データ、特性／状態デ
ータ、及び動作連結データの３種のデータを含む機構モ
デルデータを記憶する機能と、制御フロー作成部２を介
して入力された制御フローデータを記憶する機能と、演
算処理部３による計算結果を記憶する機能とを有してい
る。インタフェース処理部５は、一般ＣＡＤシステムと
機構モデル作成部１を接続してデータの送受を行う機構
モデル変換処理部５１と、一般のソフトウェアシミュレ
ータと演算処理部３とを接続してデータの送受を行うシ
ュミレータ変換処理部５２とを備えている。入出力装置
７は、キーボード或はマウス等の入力デバイスとＣＲＴ
等のディスプレイで構成されており、機構モデル作成部
１、制御フロー作成部２、演算処理部３、及び表示処理
部部４と接続され、必要な情報を入力したり結果を表示
するためのものである。次に、本装置の動作について詳
細に述べる。

【００１４】図２は、本装置を使用した、メカトロニク
ス機器の検証手順を示すフローチャートである。この検
証手順に従って、機構モデル作成部１、制御フロー作成
部２、演算処理部３、表示処理部４の各動作について説
明する。機構モデル作成部１の部品幾何形状入力部１０
は、一般的なＣＡＤ（コンピュータ援用設計）システム
と同様の機能を有し、直線、円、円弧、またはサーフェ
スやソリッドといった幾何形状要素の入力を処理するこ
とができ、また、機構モデル変換処理部５１による一般
ＣＡＤシステムのデータを本装置に取り込んで幾何形状
要素を入力処理することもできる（Ｓ１）。その他、こ
こでは、複数の幾何形状要素の集合体を１つのグループ
という形式で取り扱うこともできるようにしている。例
えば、１つの円弧と数個の直線の集合を一つのグループ
と定義し、これに歯車Ａという名称を付けることができ
る。また、媒体搬送路（紙幣等媒体の通過経路）のよう
な仮想的なグループであっても、１つの部品として扱う
ことができる。入力処理された部品の幾何形状は、幾何
形状データ６１ａとしてデータ記憶部６に記憶する。

【００１５】部品特性／状態入力部１１では、部品また
はグループとして定義された部品のまとまり（以下部品
グループ）に対し、種々の特性や状態の情報の入力を処
理することができる（Ｓ２）。例えば、モータ、ギア、
センサ等の部品種別、識別番号、信号名、その他の特
性、例えば、モータであれば、回転／停止の状態定義、
回転数、回転方向、定常回転数に達するまでの遅れ時間
などであり、センサであれば、センサ感知／非感知の状
態定義、感知すべき対象部品グループ識別番号、感知遅
れ時間などである。部品特性／状態入力部１１で使用す
る部品の特性／状態入力画面の例を、図３に示す。入力
処理された特性／状態情報は、特性／状態データ６１ｂ
としてデータ記憶部６に記憶する。動作連結入力部１２
では、部品幾何形状入力部１０および部品特性／状態入
力部１１で入力した部品間の動的連結データの入力を処
理する（Ｓ３）。例えば、部品グループモータＡの状態
が、「停止」から「回転」に変化した場合、このモータ
に連結されている部品グループギアＢの状態が「停止」
から「回転」に変わる、という場合、部品グループモー
タＡと部品グループギアＢとの間に動的な連結情報が必
要になる。動作連結入力部１２は、入出力装置７から入
力された動的連結情報を処理して、動作連結データ６１
ｃとしてデータ記憶部６に記憶する。

【００１６】制御フロー作成部２の制御フロー入力部２
１は、入出力装置７から入力された機構を制御するため
の一連の動作フロー情報を処理し（Ｓ４）、制御フロー
データ６２としてデータ記憶部６に記憶する。例えば、
「部品グループセンサＡの信号Ａ１の状態がＯＮ（感
知）に変化すると、部品グループモータＢが回転する」
というような制御フローを、制御記述言語やフローチャ
ートを用いて記述する。状態連結入力部２２は、制御フ
ロー入力部２１の入力情報（センサがＯＮ、モータＡを
回転するなど）と、機構モデル作成部１の入力情報（セ
ンサのＯＮ／ＯＦＦ状態や、モータＡの回転数など）と
の二重入力を防止するために、相互にデータを交換する
ための処理を行う。これらは、データ記憶部６に記憶さ
れたデータを相互に介して行う。例えば、機構モデル作
成を先に行った場合、部品の状態（センサのＯＮ／ＯＦ
Ｆなど）は既に定義してあるため、制御フローデータ入
力時に、この情報を流用して作業を効率的に行う。ま
た、制御フローデータ入力が先に行われた場合には、そ
こで用いられた部品の状態を、機構モデル作成の際に部
品状態データとして流用し効率を上げる。

【００１７】演算処理部３の計算条件設定部３１では、
計算を行うために必要な条件、例えば計算の時間間隔、
各部品グループの初期状態等を予め設定する（Ｓ５）。
また、機構動作計算部３３は、計算条件設定部３１で入
力された計算条件に従って、各部品の状態の計算を行う
（Ｓ６）。すなわち、機構モデルデータ６１と制御フロ
ーデータ６２を読み込み、これらの内容に基づいて部品
の状態を計算する。計算結果は部品状態データ６３とし
て、データ記憶部６に記憶される。センサ状態検出部３
２は、機構中に設けられたセンサに相当する機能を果た
すもので、他の部品又は部品グループの状態を検出する
処理を行うものである。例えば、センサ状態検出部３２
は、機構動作計算部３３より計算実行の都度、各部品の
状態情報を受け取り、センサが監視対象とする部品グル
ープの状態を検出し、その状態が設定された条件に合致
した場合に、機構動作計算部３３にその情報を送出す
る。

【００１８】表示処理部４では、演算処理部３から出力
された部品状態データ６３を読み込み、各時間毎の状態
表示のための処理を行う（Ｓ７）。例えば、状態表示部
４１は、時間毎の部品グループの回転・移動を、部品状
態データ６３に記憶された時間毎の幾何形状データを基
に画面に表示させる処理を行う。その表示は、アニメー
ションや静止画によって行うことができる。また、タイ
ムチャート表示部４２では、時間毎の状態変化をグラフ
ィカルに表示するための処理を行う。それは例えば、横
軸に経過時間、縦軸に状態を表示する信号名をとり、信
号のＯＮ／ＯＦＦなどの状態をチャート形式で表示する
などである。最後に、この結果が、入出力装置７によ
り、表示されたり、ドキュメント出力される（Ｓ８）。

【００１９】実施の形態２ 図４は実施の形態１の機構モデル作成部１のより詳細な
構成と関連するデータの流れを示した構成図である。な
お、部品幾何形状入力部１０および部品特性／状態入力
部１１の機能は、実施の形態１と同様である。ここで、
動作連結入力部１２は、連結情報入力部１２１と連結情
報自動生成部１２２の２つの処理部から構成される。連
結情報入力部１２１は、部品グループ間の動的連結情報
（データ）をオペレータが会話型で入力するのを処理す
るためのものである。一方、連結情報自動生成部１２２
は、既に記憶されている連結情報（データ）を自動的に
認識して、動的連結情報の生成処理を行うものである。
次に、この動作を説明する。

【００２０】図５は連結情報入力部１２１による入力画
面例を示したものである。まず、連結情報入力部１２１
が、機構モデルデータ６１から部品グループを読み取
り、各部品グループ毎に、図５に示すようなシンボル
（部品シンボル）を表示する。オペレータは、入出力装
置７のマウスカーソル等を介して、このシンボル間、ま
たはシンボルの状態間に動作連結線を引くことができ
る。例えば、「部品グループモータＡが回転すると、部
品グループギアＢが回転し、部品グループギアＣもす
る」という動的連結関係を入力する場合には、画面上の
部品シンボル「モータＡ」と「ギアＢ」間、及び「ギア
Ｂ」と「ギアＣ」間に動作連結線１ａ，１ｂを引き、さ
らに、モータＡの回転数とギアＢの回転数との関係、お
よびギアＡとギアＢの回転数との関係、たとえば回転数
比、を入力することでこの関係が定義できる。ピンジョ
イントやスライダジョイントなどの機構学的な連結情報
もここで入力できる。

【００２１】連結情報自動生成部１２２は、既に記憶さ
れている連結情報を自動的に認識し、動的連結情報の生
成処理を行う。ここでは、幾何形状データが２次元図形
データで構成されている場合の、回転運動連結情報の認
識処理フローを、ギアの例を使い、図６に基づいて説明
する。連結情報自動生成部１２２は、データ記憶部６よ
り、部品の幾何形状データ６１ａと特性／状態データ６
１ｂを読み込む（Ｓ１１，Ｓ１２）。そして、部品グル
ープ名称や種別情報から、「ギア」を検索する（Ｓ１
３）。次に、この部品グループを構成する幾何形状デー
タを検索し、円の図形要素を抽出する（Ｓ１４）。さら
に、抽出された円要素が接しているかどうかを判定する
（Ｓ１５）。これは、２つ円要素の半径の和が、中心間
距離と一致するものを探し出す処理により実現できる。
条件に該当する２つの円が見つかったら、新たに「接
続」を表現する情報を生成し、２つの円の直径比率を求
め、回転数比を得（Ｓ１６）、これらを連結動作データ
６１ｃとして、データ記憶部６に記憶する（Ｓ１７）。
このようにして、既に記憶されている連結情報から、ギ
アとギアとを結合する動的連結情報が自動的に生成され
る。

【００２２】その他、ローラやシャフトなどの丸もの関
係の連結や、ベルトとプーリ、ベルトとベルトなどの連
結についても、同様に、それらの連結情報を自動的に生
成する。幾何学的形状の判定から直接接続を判断できな
いもの、例えば、センサとアクチェータなど論理的な接
続に関するものは、連結情報入力部１２１を使用して、
オペレータが入力することで補完する。そのような、論
理的接続の場合、２つの部品状態間の関係を、論理式や
数式で定義する機能を持つことによって、より汎用的な
機能定義が可能となる。例えば、センサＡとセンサＢが
感知してＯＮになった場合に、モータが毎分２０００回
転する関係を、「センサＡ．ＯＮかつセンサＢ．ＯＮ＝
モータ．２０００」のように定義することが可能であ
る。

【００２３】実施の形態３ 図７は実施の形態１の制御フロー作成部２のより詳細な
構成と関連するデータの流れを示した構成図である。こ
こでは、制御フロー入力部２１は実施の形態１と同じで
あり、状態連結入力部２２が、部品状態表示部２２１と
部品状態抽出部２２２から構成されるている。

【００２４】部品状態表示部２２１は、制御フローデー
タ６２から部品の状態に関する情報を抽出し、機構モデ
ルデータ６１の特性／状態データ６１ｂに記憶する働き
を行う。例えば、制御フローデータ６２に、「モータＡ
を回転する」いう記述と、「モータＡを停止する」とい
う記述があった場合、少なくとも、モータＡには２つの
状態、「回転」と「停止」が存在する。この情報を制御
フローデータ６２から抽出し、部品グループモータＡに
関する特性／状態データ６１ｂに書き加える。部品状態
抽出部２２２は、特性／状態データ６１ｂに、既に状態
情報（モータＡの例では「回転」と「停止」という２つ
の状態）が入力されている場合、この情報を読み出し、
画面に表示させる処理をする。これにより、制御フロー
データの入力作業時に、制御命令を初めから記述する必
要がなくなり、画面に表示された状態リストから指定す
ることが可能になる。

【００２５】図８はこの状態連結入力部２２の機能を利
用した制御フロー作成画面の表示例を示した図である。
制御フロー作成時には、例えば、図８の下側のパネルを
用い入力作業を行う。部品状態抽出部２２２を動作させ
ると、特性／状態データ６１ｂに既に記憶されている部
品の特性／状態リストを検索し、図９の上側のような部
品状態表示パネルが表示される。従って、オペレータ
は、制御（状態変更）すべき状態をこのパネルのリスト
から選択することによって、容易かつ確実に制御フロー
を作成することができることになる。

【００２６】実施の形態４ 図９は実施の形態１の演算処理部３のより詳細な構成と
関連するデータの流れを示した構成図である。なお、計
算条件設定部３１とセンサ状態抽出部３２は、既に説明
したもと同様に機能するものとする。そして、計算演算
処理部３の機構動作計算部３３は、制御フロー解釈部３
３１、演算制御部３３２、及び幾何拘束・力学演算処理
部３３３から構成される。

【００２７】ここでは、簡単な機構モデルを示す図１０
と、この機構モデルの制御フローを示す図１１を使っ
て、この演算処理部３の動作を説明する。演算処理部３
が処理を行うためには、まず、機構の構造や部品の特性
および動作の連結などの情報を有する機構モデルデー
タ、制御動作手順を記述した制御フローデータ、及び計
算を行うための時間間隔などに関する計算条件情報が必
要である。さらに、図１０に表れていない情報として、
モータＡ回転時の回転数、センサＢの検出対象物（移動
物体Ｃ）との関連付け、モータＡと移動物体Ｃとの力学
的関連付け（モータ１回転で移動する距離など）などが
あるが、これらは既に入力されているものとする。

【００２８】いま、図１０の機構は、モータＡを回転さ
せると、移動物体Ｃが移動を開始し（Ｓ２１）、移動物
体ＣがセンサＢに近づき、センサＢが移動物体Ｃを検出
すると（Ｓ２２）、モータＡが停止し、移動物体Ｃが静
止する（Ｓ２３）、というモデルとする。演算処理部３
では、まず、計算条件設定部３１により、計算に必要な
条件の設定を行う。例えば、時間きざみ幅（計算をおこ
なう時間の間隔）等がここで指定される。そして、機構
動作計算部３３は、設定された計算条件に従って演算処
理を実行する。すなわち、まず、制御フロー解釈部３３
１が制御フローデータ６２を読み取り、その内容を解釈
して、順次、演算制御部３３２に渡す。例えば、「モー
タＡ回転」の制御情報を読み込み、制御対象物「モータ
Ａ」、状態変更「回転」の情報を演算制御部３３２に渡
す。演算制御部３３２は、制御フロー解釈部３３１から
情報を受けて、時間経過に従って、制御情報を決定し
（この例では、「モータＡ」と「回転」を受けてモータ
Ａの回転量を決定する）し、幾何拘束・力学演算処理部
３３３にこの決定情報を時間とともに渡す。

【００２９】一方、センサ状態抽出部３２は、機構モデ
ル内のセンサに対応した作用を果たす。すなわち、演算
制御部３３２は、演算開始時に、機構モデルデータ６１
内に記憶されたセンサ（部品グループ）と、そのセンサ
が監視対象とする部品グループをリストアップし、セン
サ状態抽出部３２にそれらのデータを渡す。さらに、演
算処理が開始されると、演算制御部３３２は一回の演算
（時間ステップが１つ進む）毎に、センサが監視対象と
する部品グループの状態（座標値や、状態変化）データ
をセンサ状態抽出部３２に渡す。そして、センサ状態抽
出部３２は、受け取った部品グループの状態と当該セン
サの特性からセンサの状態を決定し、その情報を演算制
御部３３２に送信する。例えば、センサ状態抽出部３２
は、受信した監視対象部品グループの座標と、これを監
視するセンサとの距離値を計算し、もしセンサ部品に定
義された感知距離よりも計算した距離値が小さければ、
センサの状態を非感知から感知に変更して、その情報を
演算制御部３３２に送信する。

【００３０】そして、幾何拘束・力学演算処理部３３３
は、演算制御部３３２で決定された部品の制御情報を基
に、各部品の位置や拘束関係、部品間の力学的関係を計
算する。先の例でいえば、受け取ったモータＡの回転角
度を基に、全体の幾何学拘束演算を行い、未知数である
各部品グループの座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ、φＸ、φＹ、φ
Ｚ）を計算する。また、力学的関係を得る場合には、各
部品グループごとの運動方程式を全体で解くこともでき
る。ここで求められた結果は、時間情報とともに、部品
状態データ６３としてデータ記憶部６に格納される。

【００３１】実施の形態５ 図１２は実施の形態１の表示処理部４のより詳細な構成
及び関連するデータの流れを示した構成図である。状態
表示部４１は、状態表示処理部４１１と要素ピック認識
部４１２より構成され、タイムチャート表示部４２は、
タイムチャート表示制御部４２１とタイムチャート表示
処理部４２２より構成される。両表示処理部４１１、４
２２とも、入出力装置７に接続されて、そのＣＲＴ等の
画面に、図形や文字などの表示を行うことができる。ま
た、要素ピック認識部４１２は、入出力装置７のキーボ
ード・マウス等の入力装置に接続されており、オペレー
タの入力情報を受信できる。

【００３２】結果表示部４は、演算処理部３で計算され
た部品状態データを、データ記憶部６から読み込んでビ
ジュアルな表示を行うための処理をする。例えば、状態
表示部４１の状態表示処理部４１１では、時間毎の各部
品グループの幾何学的状態変化データを読み込んで、状
態の動画表示を行うことができる。また、幾何学的な変
化を伴わない動作、例えば、センサの感知／非感知のよ
うな状態変化は、色を変えるなどの方法で分かりやすく
表示することができる。要素ピック認識部４１２は、状
態表示処理部４１１で表示を行う際に、入出力装置７の
入力信号を監視し、もしここで特定の部品グループがピ
ック（選択）された場合、その情報をタイムチャート表
示制御部４２１に送信する。

【００３３】時間軸に対する状態の変化を見たい場合に
は、タイムチャート表示部４２のタイムチャート表示処
理部４２２の機能を使用する。タイムチャート表示処理
部４２２では、部品状態データを読み込み、横軸に時
間、縦軸に状態を表示する信号名をとり、信号のＯＮ／
ＯＦＦなどの状態をチャート形式で表示する。画面に表
示したい部品グループは、タイムチャート表示制御部４
２１を介して入力することもできるが、要素ピック認識
部４１２から送信された、部品グループ情報を基に表示
することもできる。図１３は、このような操作画面を示
したものである。これら一連の表示機能を用いることに
より、オペレータは、計算の結果をより容易に理解する
ことが可能になる。

【００３４】実施の形態６ 実施の形態１〜５では、制御動作を制御フロー作成部２
から入力することにより、データ記憶部６に記憶された
制御フローデータ６２を解釈して、計算を行う方法につ
いて説明してきた。しかし、制御のための実行プログラ
ムが、別のシステムで作成されデバッグされる場合があ
る。この場合には、実行プログラムは別のシミュレーシ
ョンシステムを用いて検証されるが、これら一般的なシ
ミュレーションシステムでは、機構部の動作を含んだ検
証が困難である。しかし、本発明は、一般のシミュレー
ションシステムと連動して、確実なシミュレーションを
作業上の無駄なく行う事が出来る。図１に示したインタ
ーフェース処理部５のシミュレータ変換処理部５２は、
このような目的のために用いられる。

【００３５】図１４はシミュレータ変換処理部５２を介
した本発明のデータの流れを表わした図であり、これを
用いて、一般のシミュレーションシステムを使用する例
を説明する。なお、ここでは、実施の形態４で説明した
機構動作計算部３３と同様な構成を持つ演算処理部３を
用いるが、制御フロー解釈部３３１は使用されない。そ
の代わりに、シミュレータ変換処理部５２が、外部ソフ
トウェアシミュレータから、時刻と状態信号を受信し、
受信した信号の変化を演算制御部３３２に送信する。

【００３６】外部ソフトウェアシミュレータは、一般
に、一定の時間サイクルでシミュレーションを行うが、
このサイクル毎に、外部ソフトウェアシミュレータから
シミュレータ変換処理部５２に時刻、信号状態値を送信
するように構成する。シミュレータ変換処理部５２は、
１サイクル前の信号状態値まで記憶しておくようにす
る。シミュレータ変換処理部５２が新しい信号状態値を
受信すると、１つ前のサイクルでの信号状態値と新しい
信号状態値とを比較し、変化のあった場合には、演算処
理部３３２にその新しい情報を時間とともに渡す。例え
ば、１サイクル前の状態が「停止」であった「モータ
Ａ」の信号が、次のサイクルで「回転」に変化したとす
れば、制御対象物「モータＡ」、状態変更「回転」の情
報を演算制御部３３２に渡す。また、外部ソフトウェア
シミュレータに対しては、「ＷＡＩＴ」の信号を送り、
１サイクルの演算処理が終了するまで、外部ソフトウェ
アシミュレータを停止させておく。その後の演算制御部
３３２及び幾何拘束・力学演算処理部３３３での処理
は、実施の形態４で説明したのと同様である。幾何拘束
・力学演算処理部３３３が演算処理を終了して結果を部
品状態データ６３として記憶すると、その処理終了情報
が演算制御部３３２に伝えられ、そこからシミュレータ
変換処理部５２に伝えられる。

【００３７】処理終了情報を受け取ったシミュレータ変
換処理部５２は、部品状態データ６３を参照して、信号
の変化を読み出し、これを外部ソフトウェアシミュレー
タに送信し、さらに、外部ソフトウェアシミュレータの
停止状態を解除する。以上のように、シミュレータ変換
処理部５２は、外部ソフトウェアシミュレータと完全に
同期をとりながら、機構動作計算部３３の構成を変える
ことなく、本発明のシステムを同調処理させる機能を果
たすものである。

【００３８】ここまでは、機構モデル作成部、制御フロ
ー作成部、演算処理部、表示処理部の各部をすべて備え
たシステム構成を説明してきたが、これらのモジュール
のうち、下記のものは単独でも使用できるものである。
例えば、機構モデル作成部は、ＣＡＤデータを元に、部
品レイアウト図の作成、動作接続図の作成、部品機能表
の作成など、単なるドキュメント作成装置として使用で
きる。また、制御フロー作成部は、フローチャート作成
・編集機能を用い、単なるドキュメント作成装置として
使用できる。さらに、結果表示部は、カンマ区切りのテ
キストファイルや、書式付きテキストファイルなどの標
準書式の結果を読み出すようにすれば、タイムチャート
表示、ドキュメント作成装置として使用できる。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、以下のような
効果が得られる。 機構モデルを、それを制御するフローにより擬似動作
させることができる。検証結果を分かりやすく画面表
示することができる。 機構モデルや制御フローの変更・検証を、短いサイク
ルで繰り返し実行することができる。 機械系ＣＡＤで作成した図面を基に機構モデルを作成
でき、従来の設計環境との接続性がよい。 これらの効果により、実機なしで、プログラム上の論理
的ミスや単純ミスを事前に発見することができ、試作後
の装置のデバッグ、評価期間の大幅な短縮が可能とな
る。

【００４０】請求項２の発明によれば、機構の論理的
な動作連結情報を視覚的に入力でき、動作連結情報が
自動生成できるので、入力時間を短縮するとともに、入
力ミスを防止することができる。

【００４１】請求項３の発明によれば、機構モデル作
成部と制御フロー入力部で同じデータを二重入力する必
要をなくして効率性を上げることができ、機構モデル
作成部と制御フロー入力部で相互に情報参照して、デー
タ入力ミスを防ぐことができる。

【００４２】請求項４の発明によれば、記述された制
御フローデータを解釈しながら、逐次機構部の運動を計
算することができ、近接センサやモータなどの電子・
電気部品の働きを包含した機構の総合的解析が可能にな
る。

【００４３】請求項５の発明によれば、幾何学的状態
変化を図形で表示しながら、論理的状態変化をタイムチ
ャート表示することが可能で、オペレータが容易に結果
の把握ができるようになり、図形表示画面で、論理的
状態変化を見たい部位を選択して、タイムチャート表示
内容を指定することもできるため、オペレータの意図す
る表示を自由に行えるようになる。

【００４４】請求項６の発明によれば、機構動作を含め
たメカトロニクス機器全体の検証が、外部ソフトウェア
シミュレータを用いてできることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメカトロニクス機器設計支援装置
の構成図である。

【図２】図１の装置を使用したメカトロニクス機器の検
証手順を示すフローチャートである。

【図３】部品の特性／状態データ入力画面の例示図であ
る。

【図４】機構モデル作成部及びその関連部のより詳細な
構成部である。

【図５】連結情報入力のための入力画面の例示図であ
る。

【図６】本発明による回転運動連結情報の生成処理を説
明するフローチャートである。

【図７】制御フロー作成部及びその関連部のより詳細な
構成図である。

【図８】制御フロー作成のための入力画面の例示図であ
る。

【図９】演算処理部及びその関連部のより詳細な構成部
である。

【図１０】本発明を説明するための機構モデル図であ
る。

【図１１】図１０の機構モデルの制御フローチャートで
ある。

【図１２】表示処理部及びその関連部のより詳細な構成
図である。

【図１３】要素ピック認識部から送信された情報を基に
タイムチャート表示画面を作るための操作画面の例示図
である。

【図１４】シミュレータ変換処理部を介した本発明のデ
ータの流れ図である。

【符号の説明】

１ 機構モデル作成部 ２ 制御フロー作成部 ３ 演算処理部 ４ 表示処理部 ５ インターフェース処理部 ６ データ記憶部 ７ 入出力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 善嗣 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 松岡 巌太郎 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機構を構成する部品の幾何形状データ
   と、部品の特性及び状態を表す特性／状態データと、部
   品間の動的連結関係データとを含む機構モデルデータの
   入力を処理する機構モデル作成部と、 前記機構の動作を制御する制御フローデータの入力を処
   理する制御フロー作成部と、 前記機構モデルデータと前記制御フローデータとから部
   品の状態変化を計算する演算処理部と、 前記演算処理部での計算結果を基に部品の状態変化を表
   示させるための処理を行う表示処理部とを、備えたこと
   を特徴とするメカトロニクス機器設計支援装置。
2. 【請求項２】 前記機構モデル作成部が、 機構を構成する部品間の動的連結データの入力を処理す
   る連結情報入力部と、前記幾何形状データと前記特性／
   状態データとから部品間の動的連結データを生成する連
   結情報自動生成部とを有する動作連結入力部を具備する
   ことを特徴とする請求項１記載のメカトロニクス機器設
   計支援装置。
3. 【請求項３】 前記制御フロー作成部が、 前記機構モデルデータから部品の特性／状態データを抽
   出し制御データとして前記制御フローデータヘ出力を行
   う部品状態抽出部と、前記制御フローデータから部品の
   状態データを抽出し特性／状態データとして前記機構モ
   デルデータヘ出力を行う部品状態表示部とを有する状態
   連結入力部を具備することを特徴とする請求項１記載の
   メカトロニクス機器設計支援装置。
4. 【請求項４】 前記演算処理部が、 前記制御フローデータのデータを解析する制御フロー解
   釈部と、該制御フロー解釈部からの情報を基に部品の制
   御情報を決定する演算制御部と、該演算制御部からの情
   報を基に部品の間の相互関係を計算する幾何拘束・力学
   演算処理部とから構成される機構動作計算部と、 前記機構動作計算部からの情報に基づいて機構モデル内
   の部品の状態変化を検出するセンサ状態抽出部と、 上記各計算のための条件を設定する計算条件設定部とか
   ら構成されることを特徴とする請求項１記載のメカトロ
   ニクス機器設計支援装置。
5. 【請求項５】 前記表示処理部が、部品の状態変化を表
   示させるための状態表示部と、部品の時間的変化をチャ
   ート表示させるためのタイムチャート表示部とを具備し
   たことを特徴とする請求項１記載のメカトロニクス機器
   設計支援装置。
6. 【請求項６】 外部ソフトウェアシミュレータと前記演
   算処理部との同期機構を有し、外部ソフトウェアシミュ
   レータから時刻と部品の状態信号とを受信して前記演算
   処理部に送信するとともに、該演算処理部での演算処理
   結果を受信して外部ソフトウェアシミュレータに送信す
   るインターフェース処理部を具備することを特徴とする
   請求項１記載のメカトロニクス機器設計支援装置。