WO2021145124A1

WO2021145124A1 - 制御装置

Info

Publication number: WO2021145124A1
Application number: PCT/JP2020/046858
Authority: WO
Inventors: 大谷　拓; 大介松永
Original assignee: オムロン株式会社
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-07-22
Also published as: JP2021114015A; CN114868091A; EP4067016A4; US20230022312A1; JP7456165B2; EP4067016A1

Abstract

予め定められた制御周期毎に一又は複数のロボットを同期制御するための所定の指令値を演算可能に構成された処理部と、所定の指令値を制御周期毎に出力する出力部と、同期制御に関連して仮想的に設定された仮想ロボットの出力信号を生成する生成部と、を備える制御装置であって、処理部は、生成部により生成される仮想ロボットの出力信号を用いて、所定の指令値を演算する。

Description

制御装置

　本発明は、複数のロボットを同期制御するための制御装置に関する。

　様々な生産現場において、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）などの制御装置を用いたＦＡ（Factory Automation）技術が広く普及している。このような制御装置は、直接的に制御対象を制御するだけではなく、他の装置に制御指令を与えることで、間接的に制御対象を制御する場合もある。また、これまで複数の専用装置を用いて実現されていた制御システムを、より少ない数の制御装置に統合したいというニーズも生じている。例えば、特許文献１に示す技術では、ＰＬＣのＣＰＵユニットにおいて、モーション演算プログラムおよびユーザプログラムが同期して実行される。

　また、特許文献２では、実行形式の異なる複数種類のプログラムに従う制御演算を単一の制御装置で実現する技術が開示されている。当該技術では、例えば、制御周期毎にプログラム全体が実行される形式のプログラムと、一部の解釈により生成される中間コードに従って逐次実行される形式のプログラムとに関して、それぞれの指令値演算を行い、制御周期毎に各指令値を併せて出力する構成が採用されている。

特開２０１２－１９４６６２号公報特開２０１９－３６０４３号公報

　一般に、複数のロボットを一台の制御装置で同期制御するためには、その制御装置に対象となる複数のロボットが電気的に接続され、各ロボットと制御装置との間に通信が可能となる状態で、その複数のロボットの同期制御に必要なプログラムが実行される。このようにすることで、当該プログラムの実行によって生じる、制御装置と各ロボットとの間の制御信号の授受が好適に行われる。仮に、このような制御形態において、複数のロボットのうち一のロボットが何らかの目的で（例えば、メンテナンスの目的等）除外されてしまうと、プログラムにおいて対象とされるロボットの数と、実際に制御装置に接続されるロボットの数とにずれが生じるため、除外前のプログラムのままではその好適な実行が難しい。

　また、上記とは異なる状況においても、同期制御のためのプログラムにおけるロボットの数と、実際に制御装置に接続されるロボットの数とにずれが生じる場合がある。例えば、プログラムにおいて対象とされるロボットの数が、実際に制御装置に接続されるロボットの数よりも多くなる場合があり得る。

　本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ロボットの同期制御のためのプログラムにおけるロボットの数と、実際に制御装置に接続されるロボットの数とにずれが生じる場合であっても、ロボットの同期制御を好適に実現するための技術を提供することを目的とする。

　本発明においては、上記課題を解決するために、一又は複数のロボットの同期制御を行う制御装置において、同期制御に関連して仮想的に設定された仮想ロボットの出力信号を生成する構成を採用した。当該構成の採用により、ロボットの同期制御のためのプログラムにおけるロボットの数と、実際に制御装置に接続されるロボットの数とにずれが生じていても、そのずれに起因する制御上の不都合を解消することができる。

　具体的に、本発明は、予め定められた制御周期毎に前記一又は複数のロボットを同期制御するための所定の指令値を演算可能に構成された処理部と、前記所定の指令値を前記制御周期毎に出力する出力部と、前記同期制御に関連して仮想的に設定された仮想ロボットの出力信号を生成する生成部と、を備える制御装置であって、前記処理部は、前記生成部により生成される前記仮想ロボットの出力信号を用いて、前記所定の指令値を演算する。

　上記の仮想ロボットは、実際のロボットではなく、上記制御装置によって行われる同期制御上で設定される、仮想的なロボットである。したがって、仮にロボットの同期制御のためのプログラムにおけるロボットの数と、実際に制御装置に接続されるロボットの数とにずれが生じる場合であっても、仮想ロボットを同期制御のための所定の指令値の演算処理に組み込むことでそのずれに起因する制御上の不都合を解消することができる。そこで、上記のように構成される制御装置では、仮想ロボットの出力信号を生成するように構成された生成部を採用することとした。

　より詳細な第１の形態として、上記の制御装置が、プログラムの実行により前記一又は複数のロボットが同期制御されているとき該一又は複数のロボットのうち一のロボットの出力信号を取得する取得部と、前記一又は複数のロボットのうち前記一のロボットが前記同期制御から除外されたことを検知する検知部と、を更に備える場合、前記生成部は、既に実行された同期制御において前記取得部により取得された前記一のロボットの出力信号を前記仮想ロボットの出力信号として生成し、前記検知部により前記一のロボットの除外が検知されると、前記処理部は、前記仮想ロボットの出力信号を用いることで、該一のロボットが除外された状態で前記一又は複数のロボットを制御するための前記プログラムの実行を継続させ前記所定の指令値を演算してもよい。

　上記のような形態において、同期制御の対象である一又は複数のロボットのうち一のロボットがその同期制御から除外されてしまうと、当該同期制御上の「対象物」が実在しなくなる。ここで言う「除外」とは、制御装置による制御対象でなくなることを意味し、その目的は不問である。「除外」には、例えば、制御装置との電気的な接続が遮断された状態や、ロボットそのものに障害が生じ稼働が出来なくなった状態等が含まれる。このような同期制御上の対象物の不在により、その実在を前提として算出される同期制御のための所定の指令値が出力部によって出力されたとしても同期制御が好適に行われなくなり、結果として制御上のエラーが生じ得る。したがって、ユーザは当該制御上のエラーを回避するために、同期制御のためのプログラムを修正せざるを得ず、その作業負荷は小さくはない。

　そこで、上述したように、検知部により一のロボットの同期制御からの除外が検知されると、処理部は、所定の指令値の演算のために、生成部により生成される仮想ロボットの出力信号を利用する。このとき、仮想ロボットの出力信号は、過去に実行された同期制御、すなわち、一のロボットが除外されていない状態で実行された同期制御において、取得部により取得された一のロボットの出力信号である。換言すれば、仮想ロボットは、除外された一のロボットと同一視できるロボットであり、したがって仮想ロボットの出力信号は一のロボットの出力信号と同一視できる。したがって、処理部が仮想ロボットの出力信号を利用することで、あたかも一のロボットが除外されていない状態を形成できるため、制御上のエラーが生じることなく同期制御のためのプログラムの実行が継続でき所定の指令値の演算が可能となる。この結果、プログラムを修正することなく、一のロボットに代えて仮想ロボットを含めた一又は複数のロボットに対して同期制御を施すことが可能となり、ユーザの作業負荷が軽減される。また、仮想ロボットの出力信号は一のロボットの出力信号と同一視できるため、一のロボットに代えて仮想ロボットを含めた一又は複数のロボットに対して同期制御を施した場合でも、ロボットの個体差に影響されずに、すなわち一のロボットと仮想ロボットとの違いに影響されずに、同期制御が継続できる。このことは、一のロボットが除外された場合でも好適な同期制御の維持に資する。

　また、詳細な第２の形態として、上記の制御装置において、前記生成部は、前記一又は複数のロボットとは区別される前記仮想ロボットの出力信号を生成し、前記処理部は、前記生成部により生成される前記仮想ロボットの出力信号を用いて、該仮想ロボットの動作と前記一又は複数のロボットのそれぞれの動作とが同期する形で、該一又は複数のロボットを同期制御するための前記所定の指令値を演算してもよい。当該形態は、制御上のロボットの数が、実際に制御装置に接続されるロボットの数よりも多い場合に相当する。複数のロボットの同期制御を実現するために、仮想ロボットがその同期制御の基準となる。このように基準として仮想ロボットを制御上設定することで、同期制御のためのプログラム作成が容易となり得る。

　ここで、上述までの制御装置において、前記処理部は、逐次実行される所定の実行形式に従ったプログラムを実行してインタプリタにより該プログラムの少なくとも一部が解釈されて生成される中間コードに従って、前記制御周期毎に前記所定の指令値を演算可能に構成され、更に、前記制御周期毎に、実行毎に全体が実行される他の実行形式に従ったプログラムを実行して、他の制御対象を制御するための他の指令値を演算可能に構成され、前記出力部は、前記一又は複数のロボット及び前記他の制御対象を同期制御するために、前記処理部により演算された前記所定の指令値を出力してもよい。このように制御装置が、実行形式の種類が異なるプログラムを有することで、その異なる実行形式のプログラムが利用可能となり、ユーザは、ロボットや他の制御対象の制御に適したプログラムを適宜選択でき制御装置の利便性が高められる。

　ロボットの同期制御のためのプログラムにおけるロボットの数と、実際に制御装置に接続されるロボットの数とにずれが生じる場合であっても、ロボットの同期制御を好適に実現し得る。

統合コントローラを含む制御システムの概略構成を示す図である。統合コントローラの機能をイメージ化した機能ブロック図である。統合コントローラで制御周期に従って実行される処理の流れを示す図である。統合コントローラで実行されるロボット制御に関する第１のフローチャートである。統合コントローラで実行されるロボット制御に関する第２のフローチャートである。統合コントローラで実行されるロボット制御に関する第３のフローチャートである。ロボット間の同期制御を説明するための図である。

＜適用例＞
　実施形態に係る制御装置の適用例について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、当該制御装置１００が適用される制御システム１の概略構成図であり、図２は、制御装置１００に形成される機能部をイメージ化した図である。

　制御装置１００は、各種の設備や装置などの制御対象を制御する産業用コントローラに相当する。制御装置１００は、後述するような制御演算を実行する一種のコンピュータである。制御装置１００は、フィールドネットワーク２を介して各種のフィールド機器と接続されてもよい。フィールド機器は、製造装置や生産ラインなど（以下、「フィールド」とも総称する。）に対して何らかの物理的な作用を与えるアクチュエータ、および、フィールドとの間で情報をやり取りする入出力装置などを含み、図１においては、フィールド機器として、ロボット２１０や、サーボドライバ２２０及びモータ２２２が例示されている。サーボドライバ２２０は、制御装置１００からの指令値（例えば、位置指令や速度指令など）に従って、モータ２２２を駆動する。また、ロボット２１０としては、パラレルロボット、スカラロボット、多関節ロボットが例示できる。このように制御装置１００は、ロボット２１０やサーボドライバ２２０及びモータ２２２を統合的に制御し得るように構成された制御装置であり、その詳細については後述する。図１に示すように、制御装置１００は、複数のロボット２１０だけを制御対象としてもよく、ロボット２１０と、サーボドライバ２２０及びモータ２２２とを交えて制御対象としてもよい。

　制御装置１００は、フィールドネットワーク２などを介して、１または複数のフィールド機器との間でデータをやり取りする。一般的に「フィールドネットワーク」は、「フィールドバス」とも称されるが、説明の簡素化のため、本願においては、「フィールドネットワーク」と総称する。制御装置１００は、各種のフィールド機器において収集または生成されたデータ（以下、「入力データ」とも称す。）を収集する処理（入力処理）、フィールド機器に対する指令などのデータ（以下、「出力データ」とも称す。）を生成する処理（演算処理）、生成した出力データを対象のフィールド機器へ送信する処理（出力処理）等を行う。

　ここで、フィールドネットワーク２は、データの到達時間が保証される、定周期通信を行うバスまたはネットワークを採用することが好ましい。このような定周期通信を行うバスまたはネットワークとしては、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）等が知られている。そして、フィールドネットワーク２を介して、制御装置１００とフィールド機器との間でやり取りされるデータは、数１００μｓｅｃオーダ～数１０ｍｓｅｃオーダのごく短い周期で更新されることになる。なお、このようなやり取りされるデータの更新処理は、入出力リフレッシュ処理とも称される。

　また、制御装置１００は、上位ネットワーク６を介して、他の装置にも接続されている。上位ネットワーク６には、一般的なネットワークプロトコルであるイーサネット（登録商標）やＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）が採用されてもよい。より具体的には、上位ネットワーク６には、１または複数のサーバ装置１０が接続されてもよい。サーバ装置１０としては、データベースシステム、製造実行システム（ＭＥＳ：Manufacturing Execution System）などが想定される。製造実行システムは、制御対象の製造装置や設備からの情報を取得して、生産全体を監視および管理するものであり、オーダ情報、品質情報、出荷情報などを扱うこともできる。これに限らず、情報系サービスを提供する装置を上位ネットワーク６に接続するようにしてもよい。

　ここで、図２に基づいて、制御装置１００の構成について説明する。制御装置１００は、上記の通り所定の制御演算を実行する一種のコンピュータであり、当該制御演算に必要なプロセッサやメモリを備えている。当該プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで構成される。プロセッサとしては、複数のコアを有する構成を採用してもよいし、当該プロセッサを複数配置してもよい。当該メモリとしては、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などの揮発性記憶装置や、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの不揮発性記憶装置などで構成される。そして、プロセッサは、メモリに格納された各種プログラムを読出して実行することで、制御対象に応じた制御、および、後述するような各種処理を実現する。メモリには、基本的な機能を実現するためのシステムプログラムに加えて、制御対象の製造装置や設備に応じて作成されるユーザプログラム（ＩＥＣプログラム５１およびアプリケーションプログラム５２）が格納される。

　なお、本願におけるＩＥＣプログラム５１とは、実行毎に全体がスキャンされて、実行毎に１または複数の指令値が演算されるプログラムであり、典型的には、国際電気標準会議（International Electrotechnical Commission：ＩＥＣ）によって規定された国際規格ＩＥＣ６１１３１－３に従って記述された１または複数の命令からなるプログラムを包含する。ＩＥＣプログラム５１には、シーケンス制御およびモーション制御の命令が含まれる。このようなＩＥＣプログラム５１は、制御周期毎にすべてのプログラムが実行（スキャン）される実行形式に対応するものであり、即時性および高速性が要求される制御に好適である。一方で、本願におけるアプリケーションプログラム５２は、ロボットを用いて特定の加工や動作を行うための制御プログラムであり、ロボットによる制御アプリケーションを実現するための１または複数の命令からなるプログラムを包含し、ＩＥＣプログラム５１とは区別される。ロボット制御に関するアプリケーションプログラム５２は、一例として、ロボット言語を用いて記述され、１行ずつ逐次実行されるインタプリタ方式が採用される。なお、制御装置１００は、ＩＥＣプログラム５１を用いてロボットを制御するように構成されても構わない。

　そして、図２に示すように、制御装置１００は、制御アプリケーション処理部３０と、ＩＥＣプログラム処理部４０と、上位ネットワークインターフェイス２０と、下位ネットワークインターフェイス６０と、を有する。下位ネットワークインターフェイス６０は、ＩＥＣプログラム処理部４０および制御アプリケーション処理部３０と、フィールドネットワーク２を介して接続されているフィールド機器との間のデータのやり取りを仲介する。上位ネットワークインターフェイス２０は、ＩＥＣプログラム処理部４０および制御アプリケーション処理部３０と、上位ネットワーク６を介して接続されているサーバ装置１０との間のデータのやり取りを仲介する。例えば、制御装置１００は、上位ネットワーク６を介して接続されているサーバ装置１０から、生産の開始／終了といった指示を受ける。サーバ装置１０は、制御アプリケーションを動作させるためのアプリケーションプログラムおよびレシピ情報（生産に適したパラメータなどの情報）などを制御装置１００に送信することもある。

　ＩＥＣプログラム処理部４０は、予め定められた制御周期毎にＩＥＣプログラム５１を実行（スキャン）して１または複数の指令値を演算する。すなわち、ＩＥＣプログラム処理部４０は、ＩＥＣプログラム５１に従って、制御周期毎に指令値を演算する。なお、本願では、モータ２２２を含んで構成される所定の装置を制御するためにＩＥＣプログラム５１の実行が行われるものとする。そして、モーション処理部４２は、ＩＥＣプログラム５１に含まれるモーション命令に従って、制御周期毎に指令値を演算する機能を提供する。すなわち、ＩＥＣプログラム５１に含まれるモーション命令は、複数の制御周期に亘る挙動を指示する命令（例えば、モータ２２２で構成される所定の装置の出力が何らかの軌道を描くための命令）を含む。このようなモーション命令が実行されると、実行されたモーション命令の指示内容に従って、モーション処理部４２が制御周期毎に指令値を演算する。すなわち、モーション処理部４２は、上記の所定の装置に対して制御周期毎に指令値を出力することで、モーション命令により指示された挙動を実現する。

　また、ＩＥＣプログラム処理部４０は、共有メモリ４１を有している。共有メモリ４１には、ＩＥＣプログラム処理部４０による処理結果の一部または全部が共有メモリ４１に格納され、制御アプリケーション処理部３０は、ＩＥＣプログラム処理部４０の共有メモリ４１に格納されたデータを参照することができる。また、制御アプリケーション処理部３０からＩＥＣプログラム処理部４０の共有メモリ４１へのデータ書込みも可能であってもよく、このように制御アプリケーション処理部３０から書込まれたデータは、モーション処理部４２から参照可能とされる。

　次に、制御アプリケーション処理部３０は、アプリケーションプログラム５２およびレシピ情報などに基づいて、制御アプリケーションを制御するための指令値を演算する。なお、本願では、ロボット２１０を制御するためにアプリケーションプログラム５２が制御アプリケーション処理部３０によって実行されるものとする。制御アプリケーション処理部３０は、ＩＥＣプログラム処理部４０による指令値の演算および出力と同期して、制御アプリケーション用の指令値を演算および出力する。すなわち、制御アプリケーション処理部３０は、ＩＥＣプログラム処理部４０による演算処理と同期して、ロボット２１０を制御するための指令値の演算処理を実行する。なお、このＩＥＣプログラム処理部４０と制御アプリケーション処理部３０の同期処理については、後述する。ＩＥＣプログラム処理部４０による指令値の演算処理と同期した指令値の演算を実現するために、制御アプリケーション処理部３０は、モーション処理部３２と、バッファ３３と、インタプリタ３４、生成部３５とを含む。

　インタプリタ３４は、逐次アプリケーションプログラム５２の少なくとも一部を解釈して中間コードを生成するとともに、生成した中間コードを格納するバッファ３３を有する。本願における中間コードは、制御周期毎に指令値を演算するための命令を包含する概念であり、１または複数の命令、あるいは、１または複数の関数を含んでもよい。そして、モーション処理部３２は、インタプリタ３４が事前に生成しバッファ３３に格納されている中間コードに従って、制御周期毎に指令値を演算する。一般的に、アプリケーションプログラム５２に記述される命令（コード）は、逐次実行されるために、指令値の演算周期を保証できないが、本願開示では、このように中間コードを利用することで、モーション処理部３２は、制御周期毎に指令値を演算できるようになる。中間コードにおいて記述される命令には、各制御アプリケーションに応じた座標系が用いられてもよい。

　ここで、制御アプリケーション処理部３０によって駆動制御されるロボット２１０は一台に限られず、複数台のロボット２１０が制御され得る。そして、モーション処理部３２は、その複数台のロボット２１０同士を同期制御することも可能である。その同期制御の詳細については、後述する。また、生成部３５は、そのロボット２１０間の同期制御や、ロボット２１０とサーボドライバ２２０等との同期制御に関連して仮想的に設定された仮想ロボットの出力信号を生成する機能部である。すなわち、生成部３５は、実際にはロボットが実在していないにもかかわらず、制御装置１００による同期制御のために仮想的にロボットの出力信号を生成する機能部である。

　＜プログラムの同期実行＞
　制御装置１００においては、ＩＥＣプログラム５１とアプリケーションプログラム５２の同期実行が実現される。これらのプログラムが同期実行されることで、ロボット２１０とサーボドライバ２２０等とが同期制御されることになる。制御アプリケーション処理部３０のインタプリタ３４は、制御周期より長い周期、例えば、制御周期の２倍分の周期毎にアプリケーションプログラム５２を逐次実行する。ただし、ＩＥＣプログラム処理部４０のモーション処理部４２および制御アプリケーション処理部３０のモーション処理部３２は、いずれも同一の制御周期毎に指令値を演算する。したがって、制御装置１００からの指令値の出力は、いずれも予め定められた制御周期で同期して行われる。このように、ＩＥＣプログラム処理部４０および制御アプリケーション処理部３０は、アクチュエータの動きを連続的に制御するためのモーション処理部をそれぞれ有しており、これらのモーション処理部が同期して指令値を演算することで、ＩＥＣプログラム５１に従う制御およびアプリケーションプログラム５２に従う制御の両方を制御周期と同期させて実行することができ、これによって制御周期単位での精密な制御が実現される。

　次に、制御装置１００におけるＩＥＣプログラム５１およびアプリケーションプログラム５２の実行タイミングの詳細について、図３に基づいて説明する。図３は、制御装置１００におけるプログラムの実行タイミングの一例を示す図である。なお、制御装置１００においては、プロセッサのリソースを考慮して、優先度が高い高優先度タスク（図３中の上段の処理）と優先度が低い低優先度タスク（図３中の下段の処理）が設定されている。具体的には、下位ネットワークインターフェイス６０、ＩＥＣプログラム処理部４０とそのモーション処理部４２の実行、および制御アプリケーション処理部３０のモーション処理部３２の実行は、高優先度タスクとして設定され、制御アプリケーション処理部３０のインタプリタ３４の実行は低優先度タスクとして設定されている。

　すなわち、下位ネットワークインターフェイス６０に関連する入出力リフレッシュ処理Ｂ６０、ＩＥＣプログラム５１の実行処理Ｂ４０、ＩＥＣプログラム５１に従ってモーション処理部４２によって行われる指令値の演算処理Ｂ４２、アプリケーションプログラム５２に従ってモーション処理部３２によって行われる指令値の演算処理Ｂ３２は、高優先度タスクとして実行される。一方、アプリケーションプログラム５２を逐次解釈する処理Ｂ３４は、低優先度タスクとして実行される。

　ここで、高優先度タスクは、予め定められた制御周期Ｔ１毎に繰返し実行される。低優先度タスクは、各制御周期内で高優先度タスクが実行されていない期間に都度実行される。すなわち、制御周期毎に、高優先度タスクの実行時間が割当てられ、高優先度タスクの実行時間以外の時間において、低優先度タスクが実行される。

　まず、高優先度タスクについて説明すると、各制御周期が到来すると、入出力リフレッシュ処理Ｂ６０が実行された後、ＩＥＣプログラム処理部４０によりＩＥＣプログラム５１の全体が実行（スキャン）されて、シーケンス制御についての１または複数の指令値が演算される（実行処理Ｂ４０）。併せて、モーション処理部４２によりＩＥＣプログラム５１に含まれるモーション命令に関するモーション処理が実行されて、モーション命令についての１または複数の指令値が演算される（実行処理Ｂ４２）。さらに、制御アプリケーション処理部３０のモーション処理部３２により、バッファ３３に格納されている中間コードに従ってロボット２１０の制御用のモーション指令が準備される（実行処理Ｂ３２）。以下、同様の処理が制御周期毎に繰返される。なお、モーション処理部３２がバッファ３３から中間コードを読み出すタイミングは、各制御周期でなくともよい。これは、読み出された中間コードは、複数の制御周期Ｔ１にわたって指令値を演算できるだけの命令を含む場合、その複数の制御周期Ｔ１においては中間コードの読み出しを一度で行える。

　このように、ある制御周期における高優先度タスクの実行が完了すると、モータ２２２等に関するシーケンス制御についての指令値及びそのモーション制御についての指令値と、ロボット２１０に関する制御アプリケーションについての指令値のセットが用意される。これらの指令値は、基本的には、次の制御周期が到来すると、フィールド側に反映される。すなわち、ＩＥＣプログラム処理部４０および制御アプリケーション処理部３０は、同一の制御周期で入力データに応じた指令値を演算するので、入力に同期した出力を実現できる。

　一方、低優先度タスクについては、制御アプリケーション処理部３０のインタプリタ３４は、アプリケーションプログラム５２を逐次実行する。すなわち、インタプリタ３４は、アプリケーションプログラム５２の読込みおよび解析を低優先度で実行する。インタプリタ３４がアプリケーションプログラム５２を解析処理して生成された中間コードは、バッファ３３の容量を考慮しながら、逐次、バッファ３３に格納される。バッファ３３に格納された中間コードは、制御アプリケーション処理部３０のモーション処理部３２により順次参照されて、演算処理Ｂ３２での指令値の生成に用いられる。このとき、インタプリタ３４は、高優先度タスクの演算周期である制御周期の整数倍分の中間コードを事前に余分に生成しておくことで、モーション処理部３２による処理に影響を与えることなく、制御アプリケーションに対する指令値を制御周期毎に演算できる。

　また、インタプリタ３４は、予め定められた制御アプリケーション同期周期（制御周期の整数倍）が到来する前に、アプリケーションプログラム５２の解釈を一時停止する。その一時停止したタイミングで、ＩＥＣプログラム処理部４０と制御アプリケーション処理部３０との間でデータ同期を行うことで、双方に整合性をもつデータを共有する。このように、インタプリタ３４は、同期周期毎に、ＩＥＣプログラム処理部４０との間で共有するデータを更新する。共有データの更新に併せて、フィールド側から取得される入力データおよび出力データについても更新（データ同期）するようにしてもよい。これにより、制御アプリケーション処理部３０側でも、ＩＥＣプログラム処理部４０で取得されたデータを利用してロボット２１０の制御が可能となる。制御アプリケーション同期周期は、制御周期の整数倍に設定されれば、どのような長さであってもよい。制御アプリケーションにおいて要求される制御の精度などに応じて、適宜設定される。

　図１に示すように、制御装置１００の制御対象として複数台のロボット２１０が制御装置１００に接続されている場合、その複数台のロボット２１０間でも同期制御が可能とされる。例えば、制御装置１００に３台のロボット２１０のみが接続されているときに、この３台のロボット２１０間で同期制御を行い得る。このときは、高優先度タスクとして、制御周期Ｔ１において入出力リフレッシュ処理Ｂ６０が実行された後に、制御アプリケーション処理部３０のモーション処理部３２により、バッファ３３に格納されている中間コードに従ってロボット２１０の制御用のモーション指令が演算される。当該中間コードは、複数台のロボット２１０を同期制御するためのコードとなっており、その結果、算出されたモーション指令も複数台のロボット２１０の同期制御を実現するものである。

　＜第１の形態＞
　ここで、生成部３５の第１の形態について説明する。ロボット２１０とサーボドライバ２２０等との間で同期制御を行っている場合（すなわち、ＩＥＣプログラム５１とアプリケーションプログラム５２とが同期実行されている場合）、又は、ロボット２１０同士で同期制御を行っている場合（すなわち、アプリケーションプログラム５２内において同期制御が行われている場合）において、何らかの目的のために、当該同期制御に含まれる一のロボット２１０がその同期制御から除外される場合がある。例えば、一のロボット２１０が、メンテナンス目的で制御装置１００との接続が切られてしまう場合等が例示できる。このように一のロボット２１０が同期制御から除外されてしまうと、同期制御において実在する制御対象が存在しなくなるため、それまで実行されていたアプリケーションプログラム５２や同期実行されていたＩＥＣプログラム５１の実行を継続することが難しくなる。同期実行を継続させるためには、一のロボット２１０が除外されたことを各プログラムに反映させる修正を行う必要があり、ユーザの作業負荷が小さくない。

　そこで、このような場合でもユーザに特段の作業負荷を掛けずに済むように、図４～図６の処理が行われる。なお、図４～図６の処理は、ロボット２１０とサーボドライバ２２０等との間で同期制御を行っていた場合において、一のロボット２１０が同期制御から除外された場合に対応する処理を表している。図４は、上述した高優先度タスクの処理に関するフローチャートであり、図５は、上述した低優先度タスクの処理に関するフローチャートである。また、図６は、一のロボット２１０の同期制御からの除外対応に関するフローチャートである。

　先ず、図４に基づいて、高優先度タスクの処理の流れについて説明する。制御周期Ｔ１が到来すると、下位ネットワークインターフェイス６０が入出力リフレッシュ処理を実行する（Ｓ１０１の処理）。これによって、直前の制御周期Ｔ１において演算された指令値（Ｂ４０、Ｂ４２、Ｂ３２等による指令値）がフィールド機器のアクチュエータ等へ出力されるとともに、フィールド機器からの入力データが取得される。続いて、Ｓ１０２において、今回の制御周期がデータ同期のタイミングと一致するか否かが判定される。そこで肯定判定されると、ＩＥＣプログラム処理部４０と制御アプリケーション処理部３０との間でデータ同期が実行される（Ｓ１０３の処理）。またＳ１０２で否定判定されると、処理はＳ１０４へ進む。

　次に、Ｓ１０４では上記の実行処理Ｂ４０が行われ、続いてＳ１０５では上記の実行処理Ｂ４２が行われる。その後、Ｓ１０６で、ロボット２１０を制御するためのモーション指令の準備を行う、上記のロボット実行処理Ｂ３２が行われる。ここで、ロボット実行処理Ｂ３２において、同期制御から一のロボット２１０が除外されていない場合には、アプリケーションプログラム５２がそのまま実行されることになる。一方で、同期制御から一のロボット２１０が除外されている場合には、後述する図６に示す除外対応処理によって、アプリケーションプログラム５２に対して生成部３５による処理が干渉する形で同期制御が行われることになる。

　図４に示す高優先度タスクの一連の処理により演算、準備された指令値は、次の制御周期Ｔ１が到来したときにフィールドへ出力される。そして、当該一連の処理の終了後であって次の制御周期Ｔ１が到来するまでの期間において、図５に示す低優先度タスクが実行されることになる。

　図５に基づいて、低優先度タスクの処理の流れについて説明する。低優先度タスクは、インタプリタ３４によるアプリケーションプログラム５２の解釈処理に関するものである。先ず、Ｓ２０１で、制御アプリケーション処理部３０により、バッファ３３に中間コードが残っているか否かが判定される。当該判定を行うのは、バッファ３３の容量を超えた中間コードの生成を行わないようにするためである。Ｓ２０１で肯定判定されれば低優先度タスクは終了し、否定判定されれば処理はＳ２０２へ進む。Ｓ２０２では、インタプリタ３４によって、アプリケーションプログラム５２の一部が読み込まれる。例えば、アプリケーションプログラム５２を構成するコードの一行分が読み込まれる。そして、Ｓ２０３では、インタプリタ３４によって読込んだコードが解釈されて中間コードが生成される。生成された中間コードは、Ｓ２０４でバッファ３３に格納される。なお、Ｓ２０２～Ｓ２０４の処理に関し、実行対象となるアプリケーションプログラムが存在しない場合にはこれらの処理は行われず、結果として、バッファ３３には中間コードは格納されないことになる。このような一連の処理を有する低優先度タスクは、自身に対してプログラムの実行時間が割当てられている期間において繰返される。

　このように図４、図５に示す一連の処理が行われることで、制御装置１００において、図３に示す実行タイミングで、ＩＥＣプログラム５１およびアプリケーションプログラム５２が実行されることになる。なお、図１に示すように制御装置１００に複数台のロボット２１０だけが接続され、そのロボット２１０間で同期制御が行われる場合には、アプリケーションプログラム５２のみが実行されることになる。高優先度タスク処理においてＳ１０４、Ｓ１０５が省略された状態で、同期制御のためのロボット実行処理Ｂ３２が行われることになる。

　次に、図６に基づいて、一のロボット２１０の同期制御からの除外対応に関連する処理（除外対応処理）について説明する。当該除外対応処理は、高優先度タスクおよび低優先度タスクの一部として制御アプリケーション処理部３０によって実行される。先ず、Ｓ３０１では、同期制御の対象から一のロボット２１０が除外されたことが検知された否かが判定される。それまでロボット２１０とサーボドライバ２２０等との間で同期制御を行っていた場合、又は、複数台のロボット２１０間で同期制御を行っていた場合において、そこに含まれていた一のロボット２１０が、制御的に制御装置１００の制御対象ではない状態となることが「除外状態」として検知される。一例としては、一のロボット２１０と制御装置１００との電気的な接続が保持されていない状態であれば、除外状態が検知されることになる。Ｓ３０１で否定判定されると処理はＳ３０２へ進み、肯定判定されるとＳ３０４へ進む。

　ここでＳ３０２へ進んだ場合について説明する。Ｓ３０２では、同期制御が行われているロボット２１０の出力の取得が済んでいるか否かが判定される。ここで言うロボット２１０の出力とは、アプリケーションプログラム５２においてプログラム初めから終わりまでの全てが実行される期間において、同期制御のために必要なロボット２１０からの出力信号を意味する。一般に、ロボット２１０は複数の駆動関節を有しており、その各駆動関節を構成するアクチュエータの位置や速度等に関する信号が同期制御におけるフィードバック処理等に使用される場合には、当該信号が、そのロボット２１０の出力信号とされる。Ｓ３０２で否定判定されると、Ｓ３０３においてロボット２１０の出力信号が取得される。例えば、同期制御において複数台のロボット２１０が関与している場合には、各ロボット２１０の出力信号の取得が行われ、同期制御において一台のロボット２１０しか関与しない場合には、当該ロボット２１０の出力信号の取得が行われる。取得されたロボット２１０の出力信号は、制御アプリケーション処理部３０が有する、不図示のメモリに格納される。なお、Ｓ３０２で肯定判定されると、除外対応処理を終了する。

　また、Ｓ３０１で肯定判定され処理がＳ３０４に進んだ場合について説明する。Ｓ３０４では、一のロボット２１０の除外が検知された場合、上述のＳ３０３の処理によって取得されたロボット２１０の出力信号のうち、同期制御から除外されたロボット２１０の出力信号が読み込まれる。当該出力信号の読込みは、生成部３５によって行われる。

　続いて、生成部３５は、高優先度タスクの進行に合わせて、Ｓ３０４で読み込んだ除外されたロボット２１０の出力、すなわち、以前には実際に同期制御されていたロボット２１０の出力を、仮想ロボットの出力としてロボット実行処理Ｂ３２へ渡す。このことは、実際には同期制御から除外された一のロボット２１０に代わって、生成部３５が、取得してある出力信号を用いてあたかも当該一のロボット２１０が存在するかのうように出力信号を生成する、すなわち仮想ロボットの出力を生成することを意味する。この結果、一のロボット２１０は実際には除外されているにもかかわらず、当該一のロボット２１０を含む当初の同期制御を実現するアプリケーションプログラム５２は、特段に修正を加えることなく実行が継続されることになる。そして、モーション処理部３２は、一のロボット２１０の除外前と同じように、同期制御を行うためのロボット２１０用のモーション指令の演算を継続することができる。

　また、上記のように生成部３５は、実際に存在していた一のロボット２１０の出力信号を用いて仮想ロボットの出力信号を生成している。そのため、仮想ロボットの出力信号を用いてモーション処理部３２がモーション指令の演算を行っても、一のロボット２１０が除外される前と比べても同程度の精度で同期制御を実現する指令演算が可能となる。

　＜第２の形態＞
　次に、生成部３５の第２の形態について、図７に基づいて説明する。図１に示すように、ロボット２１０同士で同期制御を行っている場合（すなわち、アプリケーションプログラム５２内において同期制御が行われている場合）において、生成部３５は、その同期制御のための基準となる仮想ロボット２１０’の出力信号を生成することができる。ここで、図７に示すように、仮想ロボット２１０’とそれぞれの実際のロボット２１０が同期制御されると、結果として、実際のロボット２１０の全てが同期制御されることになる。このようにすることで、複数台のロボット２１０に亘る同期制御を、仮想ロボット２１０’と個別のロボット２１０との同期制御に落とし込むことができ、以て、同期制御を実現するためのアプリケーションプログラム５２の作成負荷が軽減される。アプリケーションプログラム５２は、複数台の実際のロボット２１０と仮想ロボット２１０’を含めたロボットを同期制御するためのプログラムとなる。

　＜付記＞
　予め定められた制御周期毎に一又は複数のロボット（２１０）を同期制御するための所定の指令値を演算可能に構成された処理部（３０）と、
　前記所定の指令値を前記制御周期毎に出力する出力部（６０）と、
　前記同期制御に関連して仮想的に設定された仮想ロボットの出力信号を生成する生成部（３５）と、
　を備え、
　前記処理部（３０）は、前記生成部（３５）により生成される前記仮想ロボットの出力信号を用いて、前記所定の指令値を演算する、
　制御装置（１００）。

２: フィールドネットワーク
６: 上位ネットワーク
１０：サーバ装置
３０：制御アプリケーション処理部
３２：モーション処理部
３５：生成部
４０：ＩＥＣプログラム処理部
５１：ＩＥＣプログラム
５２：アプリケーションプログラム
１００：制御装置
２１０: ロボット
２１０’：仮想ロボット
２２０: サーボドライバ
２２２: モータ

Claims

　予め定められた制御周期毎に一又は複数のロボットを同期制御するための所定の指令値を演算可能に構成された処理部と、
　前記所定の指令値を前記制御周期毎に出力する出力部と、
　前記同期制御に関連して仮想的に設定された仮想ロボットの出力信号を生成する生成部と、
　を備え、
　前記処理部は、前記生成部により生成される前記仮想ロボットの出力信号を用いて、前記所定の指令値を演算する、
　制御装置。
　プログラムの実行により前記一又は複数のロボットが同期制御されているとき該一又は複数のロボットのうち一のロボットの出力信号を取得する取得部と、
　前記一又は複数のロボットのうち前記一のロボットが前記同期制御から除外されたことを検知する検知部と、
　を更に備え、
　前記生成部は、既に実行された同期制御において前記取得部により取得された前記一のロボットの出力信号を前記仮想ロボットの出力信号として生成し、
　前記検知部により前記一のロボットの除外が検知されると、前記処理部は、前記仮想ロボットの出力信号を用いることで、該一のロボットが除外された状態で前記一又は複数のロボットを制御するための前記プログラムの実行を継続させ前記所定の指令値を演算する、
　請求項１に記載の制御装置。
　前記生成部は、前記一又は複数のロボットとは区別される前記仮想ロボットの出力信号を生成し、
　前記処理部は、前記生成部により生成される前記仮想ロボットの出力信号を用いて、該仮想ロボットの動作と前記一又は複数のロボットのそれぞれの動作とが同期する形で、該一又は複数のロボットを同期制御するための前記所定の指令値を演算する、
　請求項１に記載の制御装置。
　前記処理部は、逐次実行される所定の実行形式に従ったプログラムを実行してインタプリタにより該プログラムの少なくとも一部が解釈されて生成される中間コードに従って、前記制御周期毎に前記所定の指令値を演算可能に構成され、更に、前記制御周期毎に、実行毎に全体が実行される他の実行形式に従ったプログラムを実行して、他の制御対象を制御するための他の指令値を演算可能に構成され、
　前記出力部は、前記一又は複数のロボット及び前記他の制御対象を同期制御するために、前記処理部により演算された前記所定の指令値を出力する、
　請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御装置。