WO1988010453A1

WO1988010453A1 - Apparatus for controlling industrial robot

Info

Publication number: WO1988010453A1
Application number: PCT/JP1988/000611
Authority: WO
Inventors: Toru Mizuno; Ryuichi Hara; Koji Nishi
Original assignee: Fanuc Ltd
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1988-12-29
Also published as: US4965500A; EP0318601A4; KR920003744B1; EP0318601A1; JPS63316207A; KR890702090A

Description

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明細書産業用ロボット制御装置技術分野

本 ¾明産業用口ボットの制御装置に関するものであり、より特定的には、複数の演算制御装置を用いて産業用ロボットを分担制御する場合初期時に複数の演算制御装置にタスクを装荷（ローデイング）する技術に関する。

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背景技術

産業用口ボットの制御の高度化および複雑化に伴って、その制御装置と高性能化が要望されている。か、る制御装置の高性能化に対して、複数の演算制御装置、例えばマイクロコンピュータを用いて、産業用ロボットの制御を分散する技術が適用されている。すなわち、比較的低能力のマイクロコンピュータを複数台用いることにより、全体として、複雑な産業用ロボッ卜の制御を分担して、全体としてか、る制御を充分果し得るように処理能力を向上させている。使用するマイクロコンピュータの合数は、産業用ロボットの制御量とこれらのマイクロコンピュータの処理能力、制御装置の価格等に基いて決定される。

各マイクロコンピュータは CPU, RAM, RO を有しており、或るマイクロコンピュータはさらに I /O ュニットを有し産業用ロボットの機構部、駆動部、センサ部等とィンターフェースをとることが可能になっている。これらのマイクロコンピュ一夕は，新たな用紙バスを介して相互にリンケージを図ることが可能である。また、バスを介して外部記憶装置、例えば磁気ディスク装置が接続されている。磁気ディスク装置には、各マイクロコンピュータで実行すべき種々のタスクの外、これらのタスクを動作させるオペレーティングシステム（OS)が記憶されている。電源投入直後の初期起動時、各マイクロコンピュータ内のイニシャルローダ、例えばブートストラップローダにより

OSが RAM にロードされ、更に予め定められたタスク分担により該当するタスクが該当するマイクロコンピュータ内の RAM にロードされる。ここで、 OSおよぴ全タスクを磁気ディスク装置に記憶しておき初期起動時に OSおよび対応するタスクを各マイクロコンピュータの RAM に'ロードさせるのは、主として次の理由による。若し OSおよびタスクを予め各マイクロコンピュータ内に固定しておくと仮定すると、それらの内容は各マイクロコンピュータの電源断によっても保存されるように、例えば ROM に記憶しておかなければならない。しかしながら ROMに記憶しておくことは、第 1に、容量の大きい ROMが必要となり価格的に問題がある。第 2に、 ROM に固定することは、タスクの内容は修正される場合が多くこのような修正に有効に対応できないという問題がある。それに代わる手段として、各マイクロコンピュータに自己の 0S、タスクを保存したフロッピ一ディスク等簡易な不揮発性メモリを接続し、初期起動時フロッピーディスクから RAM にロードすることが考えられる。しかしながらこの方法は、複数のマイクロプロセッサそれぞれにフロッピーディスクを設けることになり、全体

新たな甩紙として高価格になるという問題がある。そこで、全マイクロコンピュータに共用に磁気ディスク装置を接続し、前述の如く、初期起動時に各 R A Mにイニシャルローディングしている ο "

更にバスには共用メモリ、例えばシユアドメモリが接続されている。前述の如ぐ複数のマイクロコンピュ一夕が同格で接続され、いわゆるスーパーバイザリィコンピュータが存在せず階層化されていないシステム構成において、マイクロコンピュータ内のタスクの処理上の同期、タイミング合せ等をとる場合、このシヱアドメモリを用いて、例えばメイルボックス方式あるいはセマフォ一（s em ap h o r )の手法を用いることにより、必要な同期をとる。 '

上述の如く、従来、各マイクロコンピュータで実行すべきプログラム（タスク）の分担はプログラム作成段階で決定されている。この分担は必ずしも容易でなく、特定のマイクロプロセッサのみに過大な負担がか、る一方、他のマイクロプロセッザの負荷は比較的軽いという事態が生じる。この場合、過大な負担を強いられたマイク口プロセッサがボトルネックとなり、産業用ロボットの制御全体としてみた場合、性能不足を惹起させる。当然調整段階で負荷の均一化を図ることが必要であるが、この調整は試行錯誤をくり返す場合が多く相当の時間がか、るという問題がある。

また産業用ロボッ卜の制御内容の変更、追加に伴って、マイク口コンピュータの増設、または場合により削除という事態が生ずる。最近のハードウェアの技術の進歩により、ハードウエア的には単にマイクロコンピュータモジュールをスロットに揷脱するのみでか、る増設、削除が可能になっているしかしながらソフトウエア的にはプロダラムの負荷分担を一変しなければならない。しかも、このような多くの場合は、すでに産業用ロボットが設置されたフィールドで、迅速かつ安全に実現されることが要求- れている。かしながら、前述の如く最適なタスクの分担は試行錯誤的要素が多く、調整時間が相当かるという問題に遭遇している。

従って、複数の演算制御装置に对して産業用ロボットの制御内容が、短時間且つ少ない労力で最適に分散されることが望まれている。発明の開示

本穽明の目的は、産業用ロボットを制御するための制御内容およびその負荷が複数の演算装置の能力に応じて自動的に最適に分担され、かゝる負荷負担のもとで、産業用ロボットの分担制御を可能とする産業用口ボット制御装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、産業用口ボットの制御.を分担して行う共通バスを介して相互に接続された複数の演算制御装置を具備し、産業用ロボットを分担制御する産業用ロボット制御装置において、複数の演算制御装置に共通バスを介して接続され、該演算制御装置で作動するォペレ一ティングシステムおよび複数のタスク、該タスクを複数の渲算制御装置で分担する管理情報、および同期制御情報が記憶されている外部記憶装置と、前記共通バスを介して前記複数の演算制御装置および前記外部記憶装置に接続されたシュアドメモリとを具備し、産業用ロボット制御装置の起動時に、前記複数の演算制御装置のそれぞれが電源投入に応答して作動するィニシャルローダにより前記外部記憶装置内の管理情報を自己のメモリにロードし、前記複数の演算制御装置の,特定の 1つが、前記外部記憶装置から前記管理情報および同期制御情報を前記シェ了ドメモリにロードし、前記複数の演算制御装置のそれぞれが、前記シアドメモリ内の同期制御情報を参照して相互の同期を図りつつ、前記外部記憶装置から前記オペレーティングシステムを自己のメモリにロードし、前記複数の演算制御装置のそれぞれが、前記シュアドメモリ内の同期制御情報を参照して相互の同期を図りつつ、前記管理情報により規定される自己の処理能力およびタスクの負担に応じて、順次、前記外部記憶装置から該当するタスクを自己のメモリにロードし、前記タスクの初期口一ドの終了後、複数の演算制御装置の相互の同期を図って、産業用ロボットを前記ロードされたタスクによって複数の演算制御装置が分担制御するように構成したことを特徵とする産業用ロボット制御装置、が提供される。

すなわち、各演算制御装置で分担すべきタスクは、管理情報により自動的に定まる。演算制御装置相互間でタスクの取り合いの競合を防止するため、シニアドメモリを介して同期が図られる。

タスクのロードが終了すると、各演算制御装置は、外部記憶装置とのデータ送受信はとることなく、ロードされたタスクの制御動作を行う。

また、前記複数の濱算制御装置のそれぞれが、前記外部記憶装置から該当するタスクを自己のメモリにロードするとき- 自己のメモリ内にロード可能か否かチヱックし、ロード可能な場合のみロードすると共に、前記管理情報のメモリ容量からロードしたメモリ量を減じるように構成される。図面の簡単な説明

第 1図は本発明の 1実施例の産業用ロボットの制御装置の構成図であり、

第 2図は第 1図におけるタスクコントロールブロックの 1 例を示す図であり、

第 3図および第 4図は第 1図におけるタスク口一ディングを示すフローチャート、である。発明を実施するための最良の形態

第 1図に産業用ロボットの制御装置の構成図を示す。

当該制御装置は、それぞれのバスコネクタ 21〜26を介して共通のバス 1 に接続された、外部記憶装置、例えば磁気ディスク装置 3、シェアドメモリ 4、マイクロコンピュータシステム 5 〜 7および I Z Oボード 8を備えている。外部記憶装置 3には、マイクロコンピュータシステム 5 〜 7にロードすべきオペレーティングシステム ( O S ) 、分散ロードすべきタスクの外、タスク分散用管理情報としてのタスクコント口一ルブロック T C Bおよび同期制御情報が記憶されている。マイクロコンピュータシステム 5〜 7 はそれぞれが CP

ROM を有している。マイクロコンピュータシステムには I / 〇機能を有するもの 7 と、有しないもの 5 ， 6 とがある。 I Z 0機能を有するマイクロコンピュータシステム 7 には更に I Z Oインターフユ一ス 9が接続されている。 I Z Oボート 8にも I Z Oインタ一フェース 1 0が接続されている。制御装置は、これら I Z Oインターフェース 9 ， 1 0を介して産業用ロボットのセンサ部、駆動部（いずれも図示せず）に接続され、産業用ロボットを直接制御する。但し、これらの制御内容それ自体は本発明と直接関係しないので、以下省略す ο

産業用ロボットを制御するプログラムをタスクと呼ぶが、タスクは、それぞれが完全に独立したプログラム単位となつており、タスク同士が相互に干渉し合うことはないように作成されている。但し、制御処理を行う場合、タスク間でタイミング合せ、同期、データの伝授等を行う必要はあり、これにはセマフォ、メィルボックスなどの手法により実現される。

タスクには全マイクロコンピュータシステムに必要なベーシックタスクとそうでないオプションタスクとがある。ォプシヨンタスクには、例えば I Z〇機能を有するマイクロコンピュータシステム 7 に個有なタスクと、いずれのマイクロコンピュータシステムで作動してもよい非個有なタスクとがある。またそれぞれのタスクは、その負荷が予め定められている。このようなタスクの情報は、第 2図に図示の如く、磁気ディスク装置 3内にタスクコントロールブロック T C Bとして記憶されている。第 2図において、タスク 1 (T 1 ) はマイク口コンピュータシステム 7において作動すべき個有のものであり、その負荷は 1 0単位、メモリ容量は 4 KBである。タスク 2 , 3 (T 2 , T 3 ) はそれぞれ非個有タスクであり、負荷は 5 > 3単位であり、そのメモリ容量は 2 KR. 1.5. KBである。ここで、負荷の単位は、 C P Uが処理するに要する時間の基準を示す。

各タスクはいずれのマィクロコンピュータシステム内の R AMのいずれのァドレスにおいても作動可能なようにそれ自体が相对ァドレス化されていると共に、マイクロコンピュータ.システム側にもァドレス変換機能が設けられている。

磁気ディスク装置 3には、管理情報の他のものとして各マイク口コンピュータシステムの処理能力を表わす能力テープル A B Lが記憶されている。例えばマイクロコンピュータシステム 5〜 7のそれぞれの処理能力は、 ABL(5)=200,ABL(6) = 200, ABL(7) = 300 と設定されている。これらの総和 700 がタスクの負荷の総和より大きくなければならない。磁気ディスク装置 3には管理情報のさらに他のものとして、各マイク口コンピュータ内の R AMが、 0 Sおよびその R AMで受け入れ可能なタスクのメモリ容量を記憶しているメモリテープル MEMが記憶されている。例えば、マイクロコンピュータシステム 5〜 7の各 R AMの利用可能な容量は、 MEM(5) = 64 KB, B C6) =64KB, MEM (7) = 128KB である。これらの容量の総和も全タスクのメモリ容量の総和以上でなければならない _c

新たな用紙各マイクロコンピュータシステムには、ブートストラップローダと呼ぶハ — ドウヱァ回路により構成されたイニシャル口一ダが組み込れている。このイニシャル口ーダは電源投入時割込みにより駆動され、以下に述べるタスクその他のローディングを行う。

以下、第 3図を参照してタスクその他のロー-ディング'につ

(/、て述べる ₀

ステツプ 011(S 011)

電源がオンになると各マイクロコンピュー夕のブートストラップローダが起動される。

ステツプ 012(S 012)

ブートストラップローダは先ず、タスクコント口一ルブロック T C Bのもとになるデータを磁気ディスク装置 3から自己の R AMの最後部にロードする。ロードは、磁気ディスク装置 3に、バスコネクタ 23〜25、パス 1を介して、タスクコントロールブロック T C Bのアドレスおよびその容量を指定してリードアクセスをかけることにより行なわれる。但し、この場合、磁気デイスク装置 3におけるタスクコントロールブロック T C Bのスタートアドレスおよびその転送容量は固定であり、ブートストラップローダにそれらのデータが設定されている。

ステツプ 013(S 013)

次に、マイクロコンピュータシステム 5〜 7の特定の 1 つ、本実施例においては最小蕃号のマイク口コンピュータシステ厶 5のブートストラップローダが管理情報としてのタスクコントロールブロック TC B、能力テーブル A B L、メモリテ一ブル MEM、および、同期情報を磁気ディスク装置 3からシェアドメモリ 4に転送する。シェアドメモリ 4に転送された、これらの情報は以下に逾ベる各マイクロコンピュータにおけるィニシャルローディングの制御情報として共用される, ステツプ OU (S 014) - - 各マイクロコンピュータシステム 5〜 7のブ一トストラップローダはシェアドメモリ 4内の同期情報としての対応するフラグをセットする。全マイクロコンピュータシステムにより对応するフラグがセットされることにより、以下のローディングに先立ってシステム同期がとれることになる。

ステップ 015 (S 015) '

マイクロコンピュータシステム 5〜7は順次、対応する自己の 0 Sを磁気ディスク装置 3から自己の RAMに転送する _c 本実施例においては、マイクロコンピュータシステム 5 , 6 は I ZO処理機能を有しない同一の 0 Sを RAMにロードし，マイク口コンピュータシステム 7は I ZO処理機能を有する〇 Sを RAMにロードする。 0 Sのローデイング終了は、シヱアドメモリ 4内の対応するフラグをセットすることにより- 他のマイクロプロセッサシステムにとっても識別される。また各マイクロコンピュータシステムはシェアドメモリ 4内のメモリテーブル MEMのメモ容量から、上述の 0 Sのメモリ容量分を減じ、ロード可能のメモリ容量を更新する。

ステツプ 016(S016)

次いでタスクのロードに移行するが、先ずマイク口コンビユータシステムに個有のタスクをロードする。本実施例においては、マイクロコンピュータシステム 7のみが I ZO処理に関係した個有のタスク、例えば第 2図に例示したタスク T 1 , T100 を、順次、自己の RAMにロードする。この場合、マイクロコンピュータシステム 7のブートストラップ口 —ダはタスク T 1を自己の R A Mにロードすると共に、シヱアドメモリ 4内の能力テーブル AB Lの自己の能力データから 1 0を減じ、同じくメモリテーブル MEMの自己のメモリデータから 4 KB分を減じる。タスク T100 についても同様である。これによりマイクロコンピュータシステム 7の残余能力およびロード可能なメモリ容量が更新される。

若し、個有のタスクをロードすべきマイクロコンピュータシステムが複数ある場合、各タスクのロード毎にシヱァドメモリ 4の同期情報を確認しつつ競合が生じないよう、上記処理が行なわれる。

ステップ 017(S017)

個有のタスクが全てロードされると、各マィクロコンピュ一夕はシュアドメモリ 4内の同期情報をチエックし、非個有のタスクのロードを開始する。こめローディングは負荷の分担を図りつつ行なわれるものであり、その詳細を第 4図のフ口—チヤ— トを参照して述べる。

ステツプ 031(S 031)

各マイクロコンピュータシステムは、未ロードのタスクのうち、自己の能力の裕度およびロード可能なメモリ容量から判断して、自己の順位を決定する。順位が同じ場合、番号の小さいマイクロコンピュータシステムが優先する。

ステツプ 032， Q33 ( S 032, S 033)

決定順位により对応するマィクロコンピュータシステムのブートストラップロ一ダがロ一ド可能タスクを決定し（ S 032) そのタスクを自己 R A Mにロードする（S 033)。このロードに伴って、前述の如く、シヱアド人モリ 4内の能力テーブル A B L、 "a—ド可能メモリ容量を更新する。また該当するタスクがロード完了【，たことをセットする。

ステツプ 034, Q35 C S 034, S 035)

以上の非個有タスクローデイングは、全タスクの口一ディングが終了するまで继続される（S 034)。但し、能力および σ―ド可能メモリ容量またはいずれかから判断して、自己が負担すべきロードが一杯になったマイクロコンピュ一タシステムは、上記ローデイングを終了する（S 035)。この終了はシェアドメモリ 4にフラグをセットすることにより行なわれ。

ステツプ 018, 019 ( S 018， S 019)

全ての非個有タスクのローデイングが終了するとシステム全体の同期化が行なわれ（第 3図、 S 018)、通常の制御動作に移行する（ S 019) _o 全ての非個有タスクのローデイング終了は、最後のタスクを口ーディングを行ったマイクロコンピュータシステムにより判断される。またこの最後のローディングを ί亍なつたマイクロコンピュ一タシステムがシヱアドメモリ 4内に各マイクロコンピュータシステムが通常動作可能であることを示す 7ラグをセットすることにより、システムの同期化（ S 018)および制御動作の移行（ S 019)が行なわれる。

尚、万一、全マイクロコンピュータシステムの能力が全タスクの負荷より小さい場合、又は全マイクロコンピュータシステ.ムのロード可能 R A M容量が全タスク、全 O Sのメモリ容量より小さい場合は、それが検出された時点で、最後のマィクロコンピュータシステムからエラー表示がされる。

上記実施例においては、制御装置としてマイクロコンピュ一夕システムを用いた場合について述べたが、マイクロコンピュータと同様の他の装置、例えばマイク口プロセッサ、ミニコン等を用いた場合も同様である。

以上'に述べたように本発明によれば、タスクの内容により —義的に定まるタスクコントロールブロックの内容、各演算制御装置の能力により、全体として演算制御装置の能力に応じた最適な負荷分担を図ることができる。この負荷分担は制御装置側により自動的に行なわれるので、労力が大幅に軽減される。

Claims

請求の範囲

1. 産業用ロボットの制御を分担して行う共通バス（ 1 ) を介して相互に接続された複数の演算制御装置を具備し、産業用ロボットを分担制御する産業用ロボット制御装置において、

該複数の演算制御装置に該共通バス（ 1 ) を介して接続され、該潦算制^装置で作動するォペレ一ティングシステムおよび複数のタスク、該タスクを複数の演算制御装置で分担する管理情報、および同期制御情報が記憶されている外部記憶装置（ 3 ) と、

前記共通バスを介して前記複数の演算制御装置および前記外部記憶装置に接続されたシュアドメモリ（ 4 ) と

を具備し、産業用ロボット制御装置の起動時に、

前記複数の演算制御装置のそれぞれが電源投入に応答して作動するイニシャルローダにより前記外部記憶装置内の管理情報を自己のメモリに口一ドし、

前記複数の演算制御装置の特定の 1つが、前記外部記憶装置から前記管理情報および同期制御情報を前記シュアドメモリにロードし、

前記複数の演算制御装置のそれぞれが、前記シユアドメモリ内の同期制御情報を参照して相互の同期を図りつつ、前記外部記憶装置から前記ォペレ一ティングシステムを自己のメモリにロードし、

前記複数の演算制御装置のそれぞれが、前記シニアドメモリ内の同期制御情報を参照して相互の同期を図りつつ、前記管理情報により規定される自己の処理能力およびタスクの負担に応じて、順次、前記外部記憶装置から該当するタスクを自己のメモリにロードし、

前記タスクの初期ロードの終了後、複数の演算制御装置の相互の同期を図って、産業用口.ボットを.前記ロードされた夕スクによって複数の演算制御装置が分担制御するよ όにしたことを特徴とする、産業用ロボット制御装置。

2. 前^複数の演算制御装置のそれぞれが、前記外部記憶装置から該当するタスクを自己のメ'モリにロードするとき、自己のメモリ内にロード可能か否かチユックし、ロード可能な場合のみロードすると共に、前記管理情報のメモリ容量からロードしたメモリ量を減じることを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の産業用ロボット制御装置。

3. 該複数の演算装置のそれぞれが、演算ユニット（C P U ) 、前記オペレーティングシステム、管理情報、および同期制御情報を記憶するランダムアクセスメモリ（ R A M ) を具備する、請求の範囲第 2項記載の産業用ロボット制御装置。