JP7255205B2 - ロボットシステムおよびロボット制御装置 - Google Patents
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Description
なお、マイコンは、マイクロコンピューターのことである。
なお、配線の数が多くなると、例えば、配線の体積が大きくなったりコネクタが大型になったりするため、スペースが配線に占有されること、または、マイコンの口数が多くなるため、構造が複雑になることが生じ得る。
これに対し、例えば、通信速度の速いクロック同期式シリアル通信方式により接続することも考えられるものの、クロック同期式シリアル通信方式では、クロック線があるため、配線の数が削減できないという問題があった。
図1は、実施形態に係るロボット20の概略的な構成を示す図である。
ロボット20は、スカラロボットである。スカラロボットは、水平多関節ロボットとも称される。なお、ロボット20は、スカラロボットに代えて、垂直多関節ロボットあるいは直動ロボット等の他の種類のロボットであってもよい。ここで、垂直多関節ロボットは、1つの腕を備える単腕ロボットであってもよく、あるいは、2つ以上の腕を備える複腕ロボットであってもよい。2つの腕を備える複腕ロボットは、双腕ロボットとも称される。また、ロボット20は、6軸等の様々な軸数のロボットであってもよい。
ロボット20は、基台Bの内部に、ロボット制御装置30を内蔵して備える。
基台Bは、可動部Aを支持する。図1に示した例において、基台Bは、あらかじめ決められた設置面に設置されている。設置面は、例えば、ロボット20に作業を行わせる部屋の床面である。なお、設置面は、当該床面に代えて、当該部屋の壁面、当該部屋の天井面、テーブルの上面、治具が有する面、台が有する面等の他の面であってもよい。
また、本実施形態において、水平方向は、上下方向と直交する方向のことである。
また、回動とは、軸の周囲を回転する運動を意味し、回転角が360度未満である場合も、回転角が360度以上である場合も含む。また、一方向に回転する運動に限らず、両方向に回転する運動も含む。
図1に示した例では、シャフトSの先端には、何も取り付けられていない。シャフトSの先端に取り付けられるエンドエフェクターは、例えば、指部によって物体を保持することが可能なエンドエフェクターである。なお、シャフトSの先端に取り付けられるエンドエフェクターは、空気による吸着、磁気による吸着等によって物体を保持可能なエンドエフェクターであってもよい。また、シャフトSの先端に取り付けられるエンドエフェクターは、物体を保持不可能なエンドエフェクターであってもよい。ここで、本実施形態では、物体を保持するとは、物体の状態を、持ち上げることが可能な状態にすることを意味する。
また、第1アームA1は、基台Bが備える第1駆動部によって第1回動軸AX1周りに回動させられる。第1駆動部は、第1アームA1を第1回動軸AX1周りに回動させるアクチュエーターである。第1駆動部は、例えば、モーターである。すなわち、本実施形態では、第1回動軸AX1は、第1駆動部の回動軸と一致する仮想的な軸のことである。なお、第1駆動部は、モーターに代えて、第1アームA1を回動させる他のアクチュエーターであってもよい。
ロボット20は、基台Bに、第1駆動部の駆動量を検出するエンコーダーE1を備えている。当該駆動量は、例えば、回動軸の回転量である。エンコーダーE1は、例えば、バッテリーレスエンコーダーであり、電力が供給されなくても、検出を行う。
また、第2アームA2は、第2アームA2が備える第2駆動部によって第2回動軸AX2周りに回動させられる。第2駆動部2は、第2アームA2を第2回動軸AX2周りに回動させるアクチュエーターである。第2駆動部は、例えば、モーターである。すなわち、本実施形態では、第2回動軸AX2は、第2駆動部の回動軸と一致する仮想的な軸のことである。なお、第2駆動部は、モーターに代えて、第2アームA2を回動させる他のアクチュエーターであってもよい。
ロボット20は、第2アームA2に、第2駆動部の駆動量を検出するエンコーダーE2を備えている。当該駆動量は、例えば、回動軸の回転量である。エンコーダーE2は、例えば、バッテリーレスエンコーダーであり、電力が供給されなくても、検出を行う。
第3駆動部は、シャフトSのボールねじ溝の外周部に設けられたボールねじナットを、タイミングベルト等を介して回動させるアクチュエーターである。これにより、第3駆動部は、シャフトSを上下方向に移動させる。第3駆動部は、例えば、モーターである。なお、第3駆動部は、モーターに代えて、シャフトSを上下方向に移動させる他のアクチュエーターであってもよい。
ロボット20は、第2アームA2に、第3駆動部の駆動量を検出するエンコーダーE3を備えている。当該駆動量は、例えば、回動軸の回転量である。エンコーダーE3は、例えば、バッテリーレスエンコーダーであり、電力が供給されなくても、検出を行う。
ロボット20は、第2アームA2に、第4駆動部の駆動量を検出するエンコーダーE4を備えている。当該駆動量は、例えば、回動軸の回転量である。エンコーダーE4は、例えば、バッテリーレスエンコーダーであり、電力が供給されなくても、検出を行う。
図2は、実施形態に係るロボット制御装置30の機能構成を示す図である。
ロボット制御装置30は、入力部111と、出力部112と、通信部113と、記憶部114と、制御部115を備える。
制御部115は、通信制御部131と、ロボット制御部132を備える。
出力部112は、外部に情報を出力する。一例として、出力部112は、外部の装置に情報を出力する。他の例として、出力部112は、情報を画面に表示することで出力すること、あるいは、情報を音として出力することなどを行う。
通信部113は、通信を行う機能を有する。
記憶部114は、情報を記憶する。
通信制御部131は、通信部113によって行われる通信を制御する。本実施形態では、当該通信は、ロボット制御装置30からエンコーダーE1~E4への通信と、エンコーダーE1~E4からロボット制御装置30への通信を含む。
ロボット制御部132は、ロボット20の動作を制御する。
なお、制御部115は、通信の制御およびロボット20の制御に限られず、他の様々な制御を行ってもよい。
ここで、本実施形態では、ロボット制御装置30において、制御部115および記憶部114は、マイコンを用いて構成されている。
本実施形態では、ロボット制御装置30とエンコーダーE1~E4との通信について説明する。
本実施形態では、ロボット制御装置30からエンコーダーE1~E4への方向を下りと称し、エンコーダーE1~E4からロボット制御装置30への方向を上りと称する。
ロボット制御装置30およびそれぞれのエンコーダーE1~E4は、マイコンを有している。
ロボット制御装置30のマイコンとエンコーダーE1~E4のマイコンとは、バス配線により接続される。1個のマイコンと複数個のマイコンとを接続するバス配線としては、例えば、共通の配線であってもよく、あるいは、デイジーチェーン接続の配線であってもよい。
ロボット制御装置30のマイコンと、それぞれのエンコーダーE1~E4のマイコンとの間で、通信を行う。
通常、ロボット制御装置30のマイコンは、エンコーダーE1~E4のマイコンと比べて、クロックが高く、つまり、処理速度が速い。
なお、同一の基板上にロボット制御装置30のマイコンおよびエンコーダーE1~E4のマイコンが実装される場合には、シングルエンドの通信が用いられても、原理上問題ない。
クロック同期式シリアル通信および非同期式シリアル通信について説明する。
クロック同期式シリアル通信は、SPI(Serial Peripheral Interface)あるいはRS422に代表される、クロック線を用いた通信の方式である。
非同期式シリアル通信は、調歩同期式に代表される、クロック線を用いない通信の方式である。UARTは、調歩式の変換回路のことである。非同期式シリアル通信では、クロック同期式シリアル通信と比べて、線が少なく安価であるという効果がある。
なお、クロック埋め込み方式は、エンベテッド・クロック方式と呼ばれてもよい。
一般に、マイコン間の通信において、処理の歩調をあわせるためにクロック信号が用いられている。
SPI通信は、多くのマイコン間通信で採用されている。
SPI通信では、送信側のマイコンは、データ信号を1つの信号線で送信し、データ信号とは別に自己のクロック信号を1つの信号線で送信しており、つまり、これら2種類の信号を2つの信号線で送信している。そして、送信側のマイコンのクロックに同期させてデータを送受信する。このように、SPI通信は、クロック同期式である。そして、SPI通信では、通信の高速化が可能である。
SPI通信では、送信側のマイコンは、自己のタイミングで送受信を開始することができる。このため、受信側のマイコンのクロック数は、送信側のマイコンと比べて遅くてもよい。これにより、シンプルなクロック回路でも十分であり、両マイコンとも安価なCPUを用いて構成することが可能である。
UART通信では、受信側のマイコンは、いつ送受信が開始されるかを判断することができないため、サンプリングする分解能を高くするために、実際のクロック数よりもクロック数を10倍程度高くする必要がある。
例えば、調歩式で通信することができる速度は3.75Mbpsまでである。
調歩式で、受け取りをしない送信のみを速く動作させることは、マイコンでは不可能である。
図3は、実施形態に係るUART-SPI通信の概略的な構成を示す図である。
図3には、ロボット制御装置30のマイコン30aと、エンコーダーE1のマイコンE1aとの接続の一例を示してある。
ここでは、4個のエンコーダーE1~E4のうちの1個のエンコーダーE1について説明するが、他のエンコーダーE2~E4についても同様である。
マイコンE1aは、SPIの端子として、データ入力端子であるSDI端子と、データ出力端子であるSDO端子と、クロック端子であるSCK端子と、チップセレクト端子であるCS端子と、グラウンド端子であるGND端子を有している。また、マイコンE1aは、UARTの端子として、データ入力端子であるDI端子を有している。
なお、ロボット制御装置30については、FPGA(Field Programmable Gate Array)のような高価な素子が設けられることが多く、速度の切り替えなどについて支障は無い。
図3の例では、SPIの5線方式におけるSDO端子、SDI端子、SCK端子、CS端子、GND端子のうち、SDO端子とGND端子を使用し、SDI端子とSCK端子とCS端子を使用しない。
また、エンコーダーE1~E4からロボット制御装置30にデータ信号を16Mbpsで送信することを取り決めて両者に設定しておくことにより、当該データ信号の受信を適切なタイミングで行うことができる。
また、ロボット制御装置30からエンコーダーE1~E4にデータ信号を送信する際には、通常のUART機能を使用する。図3の例では、低速の4MbpsのUART通信が行われる。
図4は、実施形態に係る全二重通信の概略的な構成を示す図である。
図4には、図3に示される通信が行われる場合における、全二重通信の構成の一例を示してある。
図4には、ロボット制御装置30のマイコン30aと、それぞれのエンコーダーE1~E4のマイコンE1a~E4aを示してある。図3に示される信号線311および信号線312は、それぞれごとに、4個のマイコンE1a~E4aについて共通化されている。
なお、図4の例では、GND端子の信号線313については、図示を省略してある。当該信号線313は、4個のマイコンE1a~E4aについて共通化されている。
同様に、エンコーダーE1~E4のマイコンE1a~E4aからロボット制御装置30のマイコン30aへのデータ信号の通信については、マイコン30aと接続された共通の上り用の信号線に、それぞれのマイコンE1a~E4aが並列の位置関係で接続されている。例えば、それぞれのマイコンE1a~E4aからマイコン30aへタイミングをずらして応答の信号を送信することが可能である。
本例では、ロボット制御装置30からエンコーダーE1~E4へのデータ信号の通信は通常のUARTの通信であり、エンコーダーE1~E4からロボット制御装置30へのデータ信号の通信はSPIのSDO端子を利用したUARTの通信である。
例えば、ロボット制御装置30からのブロードキャストの低速通信コマンドに対して、それぞれのエンコーダーE1~E4が高速通信応答を返す仕組みを実現することができる。
図5は、実施形態に係る信号波形の一例を示す図である。
図5には、図3の例においてエンコーダーE1のマイコンE1aのSDO端子からロボット制御装置30のマイコン30aのDI端子に送信されるデータ信号の信号波1011の一例を示してある。信号波1011の波形は、調歩式の波形となっており、RS232Cの例である。
電圧としては、Vを正の値として、+Vと、-Vと、0を示してある。本例では、電圧が+Vである状態が0ビットに対応しており、電圧が-Vである状態が1ビットに対応している。+Vと-Vは、0に対して上下対称の値である。
1周期の信号波1011は、1ビット分のスタートビットと、8ビット分のデータビットb0~b7と、1ビット分のパリティビットと、1ビット分のストップビットが並べられて構成されている。
ストップビットは、信号波1011の終了位置を表す。
データビットb0~b7は、通信対象となるデータの内容を表す。
パリティビットは、誤り検出用のビットであり、本例では、データビットb0~b7と合わせて、1が偶数個存在するというイーブンになるように設定される。図5の例では、8ビット分のデータビットb0~b7のうちで1であるデータビットが3個存在することから、パリティビットは1となっている。
図6は、実施形態に係るSPI-SPI通信の1対1の接続の構成を示す図である。
図6の例は、図3の例とは異なる例である。
図6には、ロボット制御装置30のマイコン30bと、エンコーダーE1のマイコンE1bとの接続の一例を示してある。
ここでは、4個のエンコーダーE1~E4のうちの1個のエンコーダーE1について説明するが、他のエンコーダーE2~E4についても同様である。
ここで、本例では、ロボット制御装置30からエンコーダーE1に対してチップセレクトにより通信相手の選択を行うことから、マイコン30bはCS端子として出力の端子であるCSout端子を有しており、マイコンE1bはCS端子として入力の端子であるCSin端子を有している。
ここで、チップセレクト信号は、通信相手を選択する信号であり、例えば、複数のエンコーダーE1~E4が存在する場合、そのうちの1個を通信相手として選択する。複数のエンコーダーE1~E4のそれぞれは、自己を選択するチップセレクト信号が入力された場合に通信を行い、他の場合には通信を行わずに待機する。
本実施形態では、1個のロボット制御装置30に対して複数のエンコーダーE1~E4が接続されることから、ロボット制御装置30のマイコン30bにはエンコーダーE1~E4と同じ数のCSout端子が設けられる。これらのCSout端子のそれぞれが、それぞれのエンコーダーE1~E4とそれぞれの信号線を介して接続される。
マイコン30bのSDI端子とマイコンE1bのSDO端子とが信号線412により接続されている。当該SDO端子から送信されるデータ信号が、信号線412を介して伝送され、当該SDI端子によって受信される。これにより、エンコーダーE1からロボット制御装置30へのデータ信号の通信が行われる。
図6の例では、マイコンE1bのSPIのSDO端子が送信端子の一例であり、マイコン30bのSPIのSDI端子が受信端子の一例である。また、図6の例では、マイコン30bのSPIのSDO端子が送信端子の一例であり、マイコンE1bのSPIのSDI端子が受信端子の一例である。
なお、図3に示されるUART-SPI通信の構成の方が、図6に示されるSPI-SPI通信の構成と比べて、信号線の数を少なくすることができる。
図7は、実施形態に係るSPI-SPI通信の1対多の接続の構成を示す図である。
図7には、図6に示される通信が行われる場合における、全二重通信の構成の一例を示してある。
図7には、ロボット制御装置30のマイコン30bと、それぞれのエンコーダーE1~E4のマイコンE1b~E4bを示してある。図6に示される信号線411~412は、それぞれごとに、4個のマイコンE1b~E4bについて共通化されている。
なお、図7の例では、GND端子の信号線415については、図示を省略してある。当該信号線415は、4個のマイコンE1b~E4bについて共通化されている。
同様に、エンコーダーE1~E4のマイコンE1b~E4bからロボット制御装置30のマイコン30bへのデータ信号の通信については、マイコン30bと接続された共通の上り用の信号線に、それぞれのマイコンE1b~E4bが並列の位置関係で接続されている。例えば、それぞれのマイコンE1b~E4bからマイコン30bへタイミングをずらして応答の信号を送信することが可能である。
本例では、ロボット制御装置30からエンコーダーE1~E4へのデータ信号の通信と、エンコーダーE1~E4からロボット制御装置30へのデータ信号の通信は、それぞれ、SPIのSDO端子を利用した通信である。
例えば、ロボット制御装置30からのブロードキャストの低速通信コマンドに対して、それぞれのエンコーダーE1~E4が高速通信応答を返す仕組みを実現することができる。
ここで、全二重通信および半二重通信の原理を説明しておく。
図8は、実施形態に係る全二重通信の原理を示す図である。
図8には、コンピューター611とコンピューター612とが全二重通信を行う構成例を示してある。
コンピューター611は、データ信号を送信する端子であるTxD端子と、データ信号を受信する端子であるRxD端子を有している。
同様に、コンピューター612は、データ信号を送信する端子であるTxD端子と、データ信号を受信する端子であるRxD端子を有している。
同様に、コンピューター612のTxD端子とコンピューター611のRxD端子とが信号線を用いて接続されている。なお、図8の例では、当該信号線を伝送するデータ信号を増幅する増幅器641、642を示してある。
このように、全二重通信では、片方向の通信路を2組使用することで、双方向の通信が実現される。
図9には、コンピューター711とコンピューター712とが半二重通信を行う構成例を示してある。
コンピューター711は、データ信号を送信する端子であるTxD端子と、データ信号を受信する端子であるRxD端子を有している。
同様に、コンピューター712は、データ信号を送信する端子であるTxD端子と、データ信号を受信する端子であるRxD端子を有している。
このため、半二重通信の構成では、一方のコンピューター711から他方のコンピューター712への通信と、他方のコンピューター712から一方のコンピューター711への通信とが衝突しないように、例えば、これらの通信のタイミングをずらす制御が行われる。
このように、半二重通信では、通信路を1組使用して、当該通信路を双方向に使用することで、双方向の通信が実現される。
図10は、実施形態に係る半二重通信の概略的な構成を示す図である。
図10には、図3に示される通信が行われる場合における、半二重通信の構成の一例を示してある。
図10には、ロボット制御装置30のマイコン30cと、それぞれのエンコーダーE1~E4のマイコンE1c~E4cを示してある。図3に示される信号線311および信号線312は共通化されており、さらに、4個のマイコンE1c~E4cについて共通化されている。
なお、図10の例では、GND端子の信号線313については、図示を省略してある。当該信号線313は、4個のマイコンE1c~E4cについて共通化されている。
例えば、マイコン30cからすべてのマイコンE1c~E4cへブロードキャストの信号を送信することが可能である。また、例えば、それぞれのマイコンE1c~E4cからマイコン30cへタイミングをずらして応答の信号を送信することが可能である。
本例では、ロボット制御装置30からエンコーダーE1~E4へのデータ信号の通信は通常のUARTの通信であり、エンコーダーE1~E4からロボット制御装置30へのデータ信号の通信はSPIのSDO端子を利用したUARTの通信である。
例えば、ロボット制御装置30からのブロードキャストの低速通信コマンドに対して、それぞれのエンコーダーE1~E4が高速通信応答を返す仕組みを実現することができる。
図11は、実施形態に係る通信を表すタイムチャートを示す図である。
図11の例では、半二重通信の場合を示してある。
図11において、ENC1~ENC4は、それぞれ、エンコーダーE1~エンコーダーE4を表している。Reqは応答を要求するリクエスト信号を表している。Calは所定の演算処理を行うことを表している。Cal&Waitは所定の演算を行った後に待機処理を行うことを表している。Ack1~Ack4は、それぞれ、エンコーダーE1~エンコーダーE4からの肯定応答を表している。なお、「Wait」は待機処理を行うことを表している。
1番目のエンコーダーE1は、リクエスト信号を受信すると、所定の演算処理を行い、応答の信号をロボット制御装置30に送信する。図11の例では、当該応答がAckである場合を示してある。この通信の速度は16Mbpsである。
2番目以降のエンコーダーE2~E4は、リクエスト信号を受信すると、所定の演算処理および所定の待機処理を行い、応答の信号をロボット制御装置30に送信する。図11の例では、当該応答がAckである場合を示してある。
これにより、4個のエンコーダーE1~E4は、共通の信号線を異なるタイミングで使用して、ロボット制御装置30に応答の信号を送信する。
ロボット制御装置30は、例えば、所定の時間間隔で、エンコーダーE1~E4にリクエスト信号を送信する。
なお、図11の例では、ロボット制御装置30は、ブロードキャストで、すべてのエンコーダーE1~E4にリクエスト信号を送信しているが、通信のリアルタイム性が必要ない場合や、通信が遅くても構わない場合は、ブロードキャストではなく、エンコーダーE1~E4ごとに送受信してもよい。例えば、ロボット制御装置30が、1番目のエンコーダーE1にリクエスト信号を送信すると、1番目のエンコーダーE1は、所定の演算処理を行い、応答の信号をロボット制御装置30に送信する。次に、ロボット制御装置30が、2番目のエンコーダーE2にリクエスト信号を送信すると、2番目のエンコーダーE2は、所定の演算処理を行い、応答の信号をロボット制御装置30に送信する。
また、ロボット制御装置30は、全二重通信の構成が用いられる場合、同時に送受信を行うことができ、例えば、ブロードキャストではなく、逐次、エンコーダーE1~E4と送受信してもよい。例えば、ロボット制御装置30は、1番目のエンコーダーE1にリクエスト信号を送信した後、1番目のエンコーダーE1からの応答信号を受信する前に、2番目のエンコーダーE2にリクエスト信号を送信する。そして、1番目のエンコーダーE1および2番目のエンコーダーE2は、それぞれ、リクエスト信号を受信した時点からそれぞれ所定の演算処理を行い、応答の信号をロボット制御装置30にそれぞれ送信する。この場合、各エンコーダーE1~E4の待機時間の偏りを無くすことができ、ロボット制御装置30は、ブロードキャストの場合と比べてよりリアルタイムに通信できる。
図12は、実施形態に係る分岐の構成を示す図である。
図12には、ロボット制御装置811と、監視装置812と、分岐ボード813と、4個のエンコーダー814-1~814-4を示してある。
ここで、ロボット制御装置811は、ロボット制御装置30の一例である。
また、4個のエンコーダー814-1~814-4は、4個のエンコーダーE1~E4の一例である。
監視装置812は、ロボット20に関して各種の監視を行う。監視装置812は、例えば、安全性のために監視を行う。
分岐ボード813は、信号の経路を分岐する分岐部を有する基板である。
同様に、監視装置812は、信号線を介して、分岐ボード813と接続されている。
また、1個のエンコーダー814-1が、信号線を介して、分岐ボード813と接続されている。そして、4個のエンコーダー814-1~814-4は、エンコーダー814-1、エンコーダー814-2、エンコーダー814-3、エンコーダー814-4の順に、デイジーチェーン接続されている。
ここで、デイジーチェーン接続は、例えば、複数の機器を数珠繋ぎする接続である。
このように、ロボット制御装置811と複数のエンコーダー814-1~814-4との接続の態様は、様々な態様が用いられてもよい。
以上では、ロボット制御装置30と通信する相手の機器として、エンコーダーが用いられる場合について説明したが、当該機器はエンコーダー以外の様々な機器であってもよい。当該機器は、例えば、ロボットの周辺機器と呼ばれるものであってもよい。
この場合、ロボット制御装置30のマイコンとセンサーのマイコンとが通信を行う。例えば、ロボット制御装置30のマイコンからセンサーのマイコンにリクエスト信号を送信し、これに応じて、センサーのマイコンからロボット制御装置30のマイコンに、当該センサーにおいて検出された情報を応答として送信する。センサーにおいて検出される情報は、例えば、検出される値であってもよい。
この場合、ロボット制御装置30のマイコンとI/Oの機器のマイコンとが通信を行う。例えば、ロボット制御装置30のマイコンからI/Oの機器のマイコンにリクエスト信号を送信し、これに応じて、I/Oの機器のマイコンからロボット制御装置30のマイコンに、当該I/Oの機器において入力あるいは出力された情報を応答として送信する。
具体例として、ロボット制御装置30と通信する相手の機器としては、複数のエンコーダーであってもよく、複数のセンサーであってもよく、あるいは、複数のI/Oの機器であってもよい。
また、具体例として、ロボット制御装置30と通信する相手の機器としては、エンコーダーとセンサーとI/Oの機器のうちの2種類の機器または3種類の機器が含まれる複数の機器であってもよい。
以上では、ロボット制御装置30からエンコーダーE1~E4等の機器への通信に、UART通信あるいはSPIのSDO端子を用いた調歩式の通信を適用し、エンコーダーE1~E4等の機器からロボット制御装置30への通信に、SPIのSDO端子を用いた調歩式の通信を適用した場合を示したが、これらの通信の適用は逆であってもよい。
具体例として、図3あるいは図6に示されるマイコンの構成および動作が、ロボット制御装置30のマイコンとエンコーダーE1~E4等の機器のマイコンとで逆になった構成が用いられてもよい。
以上では、ロボット制御装置30と通信する相手の機器が複数である場合について説明したが、ロボット制御装置30と通信する相手の機器は1つであってもよい。
以上のように、本実施形態に係るロボット20では、例えば、エンコーダーE1~E4等の機器からロボット制御装置30に、クロック同期式シリアル通信で送信する。本実施形態では、クロック同期式シリアル通信は、SPIを利用した調歩式の通信である。これにより、SPI機能を有するマイコンを用いて、16Mbpsといった高速のUART通信を実現することができる。SPI機能を有するマイコンは、一般に、安価である。
本実施形態に係るロボット20では、例えば、配線の数を少なくしつつ、速い通信速度を確保することができる。
配線の数が少ない省配線により、ロボット20の小型化あるいは低コスト化を実現することができ、特に小型ロボットに有効である。
速い通信速度により、通信のリアルタイム性を確保することができ、例えば、リアルタイムの作業時に有用である。
本実施形態に係るロボット20では、エンコーダーE1~E4等の機器からロボット制御装置30への通信量が多い場合においても、速い通信速度を確保することで、例えば、一度の送受信にかかる時間を短くすることができ、応答性を高めることができる。
以上において、図1の例ではロボット制御装置30が内蔵されたロボット20について説明したが、他の構成例として、ロボットとロボット制御装置とが別体であるロボットシステムが実施されてもよい。
ロボットシステム901は、ロボット920と、ロボット制御装置930と、ロボット920とロボット制御装置930とを接続する有線のケーブル940を備える。
図13の例では、説明の便宜上、ロボット920を構成する各部に、図1に示されるのと同じ符号を付してある。
なお、ロボットシステム901は、例えば、ロボットにエンドエフェクターが取り付けられる場合、当該エンドエフェクターを含んでもよい。
一構成例として、ロボット20では、ロボット制御装置30を備える。そして、ロボット制御装置30と第1機器とが、クロック同期式シリアル通信方式の送信端子を用いて信号線により接続する第1接続がされており、かつ、送信端子から調歩式の信号が送信される第1通信を行う。
したがって、ロボット20では、ロボット制御装置30と第1機器との通信において、配線の数を少なくしつつ、速い通信速度を確保することができる。
なお、図1の例では、第1機器の一例はエンコーダーE1~E4である。
図3および図6の例では、クロック同期式シリアル通信方式の送信端子の一例は、SPIのSDO端子である。
図5の例では、調歩式の信号の一例は、信号波1011を有する信号である。
したがって、ロボット20では、ロボット制御装置30と第1機器との通信において、さらに、配線の数を少なくすることができる。
なお、図3の例では、クロック線が無い接続の一例は、UART通信である。
したがって、ロボット20では、第1機器からロボット制御装置30への通信について速い通信速度を確保することができる。
したがって、ロボット20では、ロボット制御装置30と複数の第1機器とがバス配線により接続される場合に、ロボット制御装置30と第1機器との通信において、配線の数を少なくしつつ、速い通信速度を確保することができる。
したがって、ロボット20では、ロボット制御装置30とエンコーダーとの通信において、配線の数を少なくしつつ、速い通信速度を確保することができる。
したがって、ロボット20では、ロボット制御装置30とセンサーまたはI/Oの機器との通信において、配線の数を少なくしつつ、速い通信速度を確保することができる。
したがって、ロボットシステム901では、ロボット制御装置930と第1機器との通信において、配線の数を少なくしつつ、速い通信速度を確保することができる。
したがって、ロボット制御装置30、811、930では、ロボット制御装置30、811、930と第1機器との通信において、配線の数を少なくしつつ、速い通信速度を確保することができる。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイルであってもよい。差分ファイルは、差分プログラムと呼ばれてもよい。
Claims (6)
- ロボットと、
機器と通信し、前記ロボットを制御するロボット制御装置と、を備え、
前記機器は、SPIの端子として、データ入力端子である第1SDI端子と、データ出力端子である第1SDO端子と、クロック端子である第1SCK端子と、通信相手を選択するチップセレクト信号の入力端子である第1CSin端子と、グラウンド端子である第1GND端子を有しており、
前記ロボット制御装置は、SPIの端子として、データ入力端子である第2SDI端子と、データ出力端子である第2SDO端子と、クロック端子である第2SCK端子と、前記チップセレクト信号の出力端子である第2CSout端子と、グラウンド端子である第2GND端子を有しており、
前記機器が有するクロック同期式シリアル通信方式の前記第1SDO端子と前記ロボット制御装置が有する前記第2SDI端子とが第1信号線により接続され、
前記ロボット制御装置が有するクロック同期式シリアル通信方式の前記第2SDO端子と前記機器が有する前記第1SDI端子とが第2信号線により接続され、
前記ロボット制御装置が有する前記第2CSout端子と前記機器が有する前記第1CSin端子とが第3信号線により接続され、
前記ロボット制御装置が有する前記第2GND端子と前記機器が有する前記第1GND端子とが第4信号線により接続され、
前記ロボット制御装置は、前記第1信号線により前記機器から調歩式の第1信号を受信し、前記第2信号線により前記機器に調歩式の第2信号を送信し、
前記ロボット制御装置は、前記第3信号線により前記機器に前記チップセレクト信号を送信し、
前記機器は、自己を選択する前記チップセレクト信号が入力された場合に通信を行い、他の場合には通信を行わずに待機し、
前記ロボット制御装置が有する前記第2SCK端子と前記機器が有する前記第1SCK端子とは信号線により接続されていない、
ロボットシステム。 - 前記機器を複数備え、
前記第1信号線、前記第2信号線および前記第4信号線は、複数の前記機器について共通化されており、
前記第3信号線としては、複数の前記機器のそれぞれごとに異なる信号線が用いられている、
請求項1に記載のロボットシステム。 - 前記ロボット制御装置と複数の前記機器とがバス配線により接続される、
請求項2に記載のロボットシステム。 - 前記ロボット制御装置は、前記機器に非同期式シリアル通信方式の信号を送信する、
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記機器は、エンコーダー、センサー、またはI/Oの機器である、
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 機器と通信し、ロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記機器は、SPIの端子として、データ入力端子である第1SDI端子と、データ出力端子である第1SDO端子と、クロック端子である第1SCK端子と、通信相手を選択するチップセレクト信号の入力端子である第1CSin端子と、グラウンド端子である第1GND端子を有しており、
前記ロボット制御装置は、SPIの端子として、データ入力端子である第2SDI端子と、データ出力端子である第2SDO端子と、クロック端子である第2SCK端子と、前記チップセレクト信号の出力端子である第2CSout端子と、グラウンド端子である第2GND端子を有しており、
前記機器が有するクロック同期式シリアル通信方式の前記第1SDO端子と前記ロボット制御装置が有する前記第2SDI端子とが第1信号線により接続され、
前記ロボット制御装置が有するクロック同期式シリアル通信方式の前記第2SDO端子と前記機器が有する前記第1SDI端子とが第2信号線により接続され、
前記ロボット制御装置が有する前記第2CSout端子と前記機器が有する前記第1CSin端子とが第3信号線により接続され、
前記ロボット制御装置が有する前記第2GND端子と前記機器が有する前記第1GND端子とが第4信号線により接続され、
前記ロボット制御装置は、前記第1信号線により前記機器から調歩式の第1信号を受信し、前記第2信号線により前記機器に調歩式の第2信号を送信し、
前記ロボット制御装置は、前記第3信号線により前記機器に前記チップセレクト信号を送信し、
前記機器は、自己を選択する前記チップセレクト信号が入力された場合に通信を行い、他の場合には通信を行わずに待機し、
前記ロボット制御装置が有する前記第2SCK端子と前記機器が有する前記第1SCK端子とは信号線により接続されていない、
ロボット制御装置。
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