JP2004299049A - 複数のマニピュレータを制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数のマニピュレータの動作を協働させ、個々のマニピュレータを計画的に操作する。
【解決手段】 各々の制御ユニットが少なくとも１つのマニピュレータを制御するように、複数のマニピュレータを、マニピュレータに関連付けられた多数の制御ユニットによって制御するための方法およびシステムは、１つの操作機器がマニピュレータを制御するためにいくつかの制御ユニットにアクセスすることを特徴とする。こうしてこの発明に従い、操作において信頼できる関連付けを妨げる制御ユニットと操作機器との間の接続チャネルの交差および絡み合いなしに、極めて近接して並んだマニピュレータを操作することが可能となる。この発明ではまた、協働するロボットをただ１人の操作員が操作することが可能となる。
【選択図】 図２

Description

発明の分野
この発明は、複数の制御ユニットが関連付けられた複数のマニピュレータを制御する方法および装置であって、各々の制御ユニットが少なくとも１つのマニピュレータを制御するものに関する。

発明の背景
産業用ロボットなどのマニピュレータの手動操作、たとえばロボット学習プロセスの枠内、またはマニピュレータに関連付けられた制御ユニットに対するソフトウェア支援の制御プログラムの変更時においては、携帯式でしたがってフレキシブルに使用可能な操作設備が現在一般的に用いられている。これは一般的に操作要素および入力要素、たとえば制御レバーまたはキー、および場合によっては表示またはディスプレイ要素を有し、ケーブルによって、またはワイヤレス通信経由でロボット制御ユニットに接続される。

各々の制御ユニットにつき上記の操作機器が必要であり、したがって一般的に各々のマニピュレータにつき個々の操作機器が用いられるが、それは各々のマニピュレータがそれ自身の制御部を有してもいるからである。これに代えて、共通の操作機器のみが制御部に接続されている場合には、いくつかのマニピュレータにつき共通の制御部を設けることが知られている。

上述の第１の代替例では、操作機器と制御ユニットとの間にケーブル接続を使用する場合、使用する操作機器が多数であるためケーブルの交差および絡み合いが生じ、したがって操作員が操作機器とマニピュレータとを高い信頼性でもって関連付けることが容易にはできないという問題が見つかっており、この問題は特に自動車産業におけるようにマニピュレータが近接して並んでいる場合に深刻となる。

通常、安全性の理由から、産業用ロボットなどのマニピュレータ用の操作機器は同意または許可スイッチを有し、テスト動作ではこれを押さなければ特定のロボットを動かせないようになっている。いくつかのマニピュレータが互いに協働する応用分野では、いくつかの操作機器上で許可スイッチを同時に押さなければならず、数人の操作員がいない限りこのように協働するロボットを操作することは不可能であるという問題が見つかっている。

上述の問題点は、複数のロボットが共通の制御部に接続される公知の制御システムで回避される。しかしこの場合には、操作可能なロボットの数が個々の制御ユニットの能力に限定されてしまう。もしマニピュレータの数が、或る制御部に接続可能なマニピュレータの数を上回る場合には、すべてのマニピュレータを協働的に操作することはもはや不可能であり、これにより使用時におけるこのようなシステムの柔軟性は大幅に制限されてしまう。

この発明の目的は、上述の先行技術の問題点を回避しながら、任意の数のマニピュレータの操作を可能にする複数のマニピュレータ制御方法およびそのためのシステムであって、上記数が個々の制御ユニットの能力から独立しており、同時にいくつかのマニピュレータを協働的に動かすこと、たとえば個々のマニピュレータを計画的に操作することを可能
にするものを提供することである。

発明の概要
上述の種類の方法において、単一の操作機器がいくつかの制御ユニットにアクセスすることで上記問題が解決される。上述の種類の装置において、マニピュレータの操作のために少なくとも１つの特定の制御ユニットに接続可能な共通の操作機器によって上記問題が解決される。

この発明によって、マニピュレータを柔軟に制御または操作することが確実となる。この発明に従う方法の際、またはこの発明に従う装置の範囲内で、いくつかの制御ユニットがある場合、たとえばテスト動作中に、１つの操作機器を用いて操作員が１つ以上のマニピュレータの動きを直接操作することが可能となる。この発明の方法のさらなる形態では、特定のマニピュレータの動き制御用の操作機器上で好適な制御信号（動きに関する信号）が直接的に生成される。

この発明の装置のさらなる形態に従うと、制御ユニットはその各々が、リアルタイムおよび非リアルタイムの基本ソフト用に設けられた領域に分割され、好ましくは制御ユニットのリアルタイム領域は、特定のマニピュレータの動き制御に直接好適な制御信号（動きに関する制御信号）を処理するように構成される。この接続では、この発明の方法のさらなる形態に従うと、動きに関する制御信号は、第１の送信手段によって、動きに関する制御信号をリアルタイムで処理するように構成された関連付けられた制御ユニットの領域へと向けられる。加えて、この発明の装置のさらなる形態に従うと、制御ユニットの非リアルタイム領域は第２の送信手段によって接続される。単一の共通の操作機器で複数のマニピュレータを制御可能にするために、さらなる形態に従うと、操作機器が物理的または論理的に接続され得る制御ユニットは、その非リアルタイム領域内に、異なる制御ユニットのユーザインターフェイスを表示するための端末手段を有する。好ましいさらなる形態では、上記制御ユニットはまた、選択したマニピュレータを制御する制御ユニットを検出するための検出手段を有する。好ましい形態に従うと、この発明の装置はまた経路制御手段を組込み、これに対して検出手段を通じて作用を及ぼすことが可能であり、こうして動きに関する制御信号は、第１の送信手段を用いて、選択したマニピュレータに関連付けられた制御ユニットへと向けられ得る。このようにして、共通の操作機器によって発せられた制御信号を、特定の制御ユニットへ意図したように向けることが可能となる。関連付けられた制御ユニットへの送信と並び、検出手段を有する制御ユニットでは、この発明に従うと、好ましくは制御信号を端末手段へと向ける。

この発明の方法のさらなる形態に従うと、操作機器の生成した直接動きに関しないさらなる制御信号が端末手段へ専ら向けられる。この発明に従う装置の枠内において、ユーザインターフェイスなど、非リアルタイムでデータを処理するように構成された、関連付けられた制御ユニットの領域と、端末手段との間における制御信号のすべてを、第２の送信手段を用いて通信可能にすることができる。

操作されるマニピュレータを操作員が直接に制御できるようにするには、この発明の方法に従うと、操作機器は選択したマニピュレータの制御ユニットのユーザインターフェイスを表示し、この表示は好ましくはグラフィック的に行なわれ、画像情報が標準的な画素データ形式で伝送される。選択したマニピュレータに関連付けられた制御ユニットの画像情報を操作機器へ可能な限り効率的に送信するためには、この発明の方法のさらなる形態に従うと、画像情報データは制御部へデジタル式に送信され、上記データは送信前に圧縮される。好ましくは、標準的な画像データは画素形式でなく単に制御命令として送信され、操作機器によって独立してグラフィック的に表示される。

操作機器とマニピュレータまたは関連付けられた制御ユニットとの接続のロスの場合にロボットを停止できるようにするには、この発明の方法の好ましい形態に従うと、第１の送信手段経由での動きに関する信号の伝送は第１の監視手段によって制御され、伝送中断の場合に監視手段は動きに関する、たとえば動きを防ぐ制御信号を生成する。続いて上記制御信号を用いて特定のマニピュレータを停止させることができる。

また、操作機器上に表示された画像データが第１のマニピュレータまたはその制御部から来る一方で、生成された制御信号が別のロボット制御部へ送信されることを防ぐ必要がある。これを確実にするために、この発明の装置の好ましい形態では、制御ユニットと操作機器との間の表示および制御信号は共通のデータチャネル上で伝送され得る。これに代えて、この発明の方法では、操作機器の生成した画像データおよび制御信号は異なるチャネル上で伝送されるが、これらチャネルの機能および対象は第２の反対側の監視手段によって制御され、これはデータチャネルの対象の機能を監視するように構成され、こうして両方のチャネルが同一制御ユニットで機能しかつここで終わることを確実にできる。

単一の操作員が単一の操作機器でいくつかのマニピュレータを操作できるようにするには、この発明の装置の特に好ましい形態に従うと、表示されるユーザインターフェイスと選択したマニピュレータとを一意に関連付ける。この目的のために、ユーザインターフェイスおよび対応するマニピュレータは実質的に同一で視覚的に働く印付けを有することがあり得る。この発明の装置のさらなる形態の範囲内では、マニピュレータは各々が視覚的および／または聴覚的信号生成器を有し、これらの各々は、特定のマニピュレータの選択の際またはその最中に信号を出すように構成されている。これに従い、この発明の方法に関連して、選択されたマニピュレータを識別するために、所与のマニピュレータ上にある視覚的に働く印付けが操作機器上で表示される、または特定のマニピュレータ上にある聴覚的および／または視覚的信号生成器が作動させられる。この発明の方法の代替的な形態では、選択されたマニピュレータを識別するために、マニピュレータの名称たとえば名前などが操作機器上に表示される。

操作機器上で操作員が行なったマニピュレータの選択を明らかに検出可能にするためには、マニピュレータまたは操作機器上に視覚的および／または聴覚的信号生成器が設けられ、こうして操作機器にリンクされたマニピュレータが視覚的および／または聴覚的信号生成器によって示される。

この発明の制御システムを使用して複数のロボットを同時に動かすことを可能にするためには、対応する制御情報、たとえば許可キーを押すこと、操作モード、保留中の非常事態時停止などは、すべてのマニピュレータへ同時に送信される必要がある。したがって、この発明のさらなる形態に従うと、すべてのマニピュレータの制御ユニットは安全送信手段によって相互接続される。

この発明のさらなる特徴点および利点は、前掲の特許請求の範囲と、添付の図面に関する実施例についての以下の説明とにより明らかとなるであろう。

図面の詳細な説明
図１は、産業用ロボットなどの複数のマニピュレータ１．１〜１．４を示し、その各々は、特定のロボットを制御するための関連付けられた制御ユニット２．１〜２．４に接続される。制御ユニット２．１〜２．４は、各々のユニットを計画的にアドレス指定するために、イーサネット（Ｒ）、ファイアワイヤなどのリアルタイムデータバス３によって相互接続される。ここに示す実施例では、維持管理を（遠隔で）行なうことを目的とした据
付けの監視機器４、たとえば制御ステーションまたはコンピュータもまたデータバスに接続される。

また、制御ユニット２．１〜２．４は追加の安全バス５によって接続され、これによって安全性に関する信号がすべての接続されたユニット２．１〜２．４へ同時に供給され得る。

図１はさらに共通の操作機器６を示し、これは制御ユニットのうち任意のもの、ここではユニット２．３に接続される。制御ユニット２．３は接続点として機能し、すなわちこれによって、操作機器６をすべての制御ユニット２．１〜２．４に接続する安全バス５へのアクセス、電源電圧、データ接続および画像生成が利用可能となる。安全バス５によって、操作機器６上の特定の設定、たとえば動作モード、非常事態時停止、許可、オン・オフ駆動などは、すべてのさらなる接続された制御ユニット２．１〜２．４またはマニピュレータ１．１〜１．４に対して同時に作用する。操作機器６はまたデータバス７および視覚化バス８によって制御ユニット２．３に接続される。

データバス７によって、操作機器６の操作員がキーを押すことなどの入力はリアルタイムで制御ユニット２．３に送信される。監視手段による通信の同時的な保護が行なわれる（ウォッチドッグ；図２を参照）。制御ユニット２．３または操作機器６がもはやデータを送信していなければ、操作機器６または制御ユニット２．３は、接続された制御ユニット２．１〜２．４またはマニピュレータ１．１〜１．４に対し、安全バス５を介して動きの停止を引起こす。

制御ユニット２．３は操作機器６で生成された制御信号を受取り、これをリアルタイムで評価する。動きに関する、したがって時間が重要となる制御信号、たとえば開始、停止または手動操作キーなどは、一般的な、直接に動きに関しない制御信号または操作キーよりも高い優先順位で処理され、こうしてマニピュレータ１．１〜１．４の素早い反応を確実にする。時間が重要となる信号は、たとえば操作機器上の特殊操作キーを作動させることで生じ、動きに関する制御信号が生成される。このような動きキーを離すと、特定のマニピュレータ１．１〜１．４は即時に停止する。しかし視覚化データは時間が重要とはならない。操作機器６上で画像または映像の生成が或る程度遅延を伴って行なわれても、これはマニピュレータの動作に関して悪影響を及ぼさない。

制御ユニット２．３はまた、操作機器６とデータバス３との間の接続を行なう。操作機器６での入力は、制御ユニット２．３から、操作されるマニピュレータ１．１〜１．４に関連付けられた別の制御ユニット２．１，２．２，２．４へ、意図したように向けられる。優先順位の高い、動きに関する制御信号は、個々の伝送プロトコルで送信されるため、伝送のリアルタイムという性質を保証する一方で、監視機器４がマニピュレータ１．１〜１．４を動かすことができないことを確実にする。データバス３経由での制御ユニット間の接続はまた監視手段によっても保護される（ウォッチドッグ；図２）。

優先順位の低い制御信号、たとえば文字および数字などの通常のキーは、標準的なプロトコルたとえばＲＤＰ（遠隔デスクトップ）によって伝送される。これによって、監視機器４を使用して制御ユニット２．１〜２．４で操作行為を行なう、たとえばこれをプログラムまたは構成することが確実に可能となる。この場合、マニピュレータ１．１〜１．４の動きは不可能である。

操作機器６が接続されていない「遠隔の」制御ユニット２．１，２．２，２．４を操作機器６によって操作できるようにするというこの発明の目的および意図を達成するために、操作機器６は遠隔制御ユニットの遠隔ユーザインターフェイスＢＯＦも表示できる必要
がある。これは制御ユニット２．３、すなわち操作機器６が接続されている特定の制御ユニットによって実現される（図２を参照）。すべての接続された制御ユニット２．１〜２．４は、ＲＤＰなどの規格化されたプロトコルを用いて自身のユーザインターフェイスＢＯＦの表現をデータバス３にとって利用可能にする。制御ユニット２．３は対応するデータ、特に画像データをデータバス３経由で取込み、これを変換して視覚化バス８経由で操作機器６に向ける。ＲＤＰなど標準的なフォーマットを使用することで、監視機器４が個々の制御ユニット２．１〜２．４のユーザインターフェイスＢＯＦにアクセスすることもまた可能となる。

操作機器６へ送信すべき視覚化データは、下に記載するように優先順位の低い信号である。

以下、図２を参照して、信号および画像データ伝送に関するこの発明の一般的な概念を説明する。

図２は、図１に従う３つの制御ユニットを破線の形で示す。図２における左側の制御ユニット２．３は、共通の操作機器６がデータバス３経由で接続された制御ユニットであり、一方で他の２つの制御ユニットは各々が図１の他の制御ユニット２．１，２．２，２．４のうち１つを表わす。図２に示す構成では、共通の操作機器６は入力ユニット６．１を有し、任意にはキーボードおよびその他の操作要素、指示要素および表示要素を伴う。

データバス３は優先順位の高いデータ、たとえば動きに関する制御情報を伝送するために使用され、一方で追加のバス３′は優先順位の低いデータの伝送を確実にする。図２に示すように、バス３，３′は物理的に別個であっても、または図１について述べたように異なる伝送プロトコルを用いて実現されたものであってもよい。

さらに図２に示すように、制御ユニット２．１〜２．４は、VxWorksなどリアルタイムの基本ソフトを実現するように構成された領域ＲＴ（リアルタイム）と、Windows（Ｒ）など非リアルタイムの基本ソフトを実現するように構成された第２の領域ＮＲＴ（非リアルタイム）とに分割される。制御ユニット２．３はさらに共通の操作機器６用の特別の駆動部２．３ａを有する。制御ユニット２．３の駆動部２．３ａと同様に、その他の制御ユニット２．１，２．２，２．４もまた操作機器エミュレータ２．Ｘａを有する。

さらにＲＴ領域において制御ユニット２．３は、データバス３と結合された監視手段２．３ｂ（ウォッチドッグ）、経路制御手段２．３ｃ、および動きに関する制御信号用の処理手段２．３ｄを有する。非リアルタイム領域ＮＲＴにおいて制御ユニット２．３は、検出手段２．３ｅと、キーボード信号などの入力信号用待ち行列２．３ｆと、自身のまたは遠隔のユーザインターフェイスＢＯＦまたはＴＣ１，ＴＣ２を表示するための端末手段２．３ｇとを組込む。

図２に従う遠隔制御ユニット２．１，２．２，２．４の各々は、そのＲＴ領域において、動きに関する信号用の処理手段２．Ｘｄを含み、ＮＲＴ領域においては、待ち行列２．Ｘｆと、非リアルタイムバス３′から入力信号を読出すための読出部２．Ｘｈと、対応する制御ユニット２．１，２．２，２．４上でユーザインターフェイスＢＯＦを実現するための端末サーバプログラムＴＳ１，ＴＳ２とを含む。

制御ユニット２．３はまた切換手段２．３ｉを含み、これは待ち行列２．３ｆから（キーボード）信号を受取って、アクティブな表示領域ＴＣ１，ＴＣ２，ＢＯＦを選択するように端末手段２．３ｇに作用する。選択手段２．３ｋが操作機器６の検証手段６．３に直接接続される。

動きに関する制御信号などリアルタイムのデータの伝送および処理は制御ユニット２．１〜２．４のＲＴ領域で行なわれ、一方でＮＲＴ領域では、視覚化データなどリアルタイム加工を必要としないデータの伝送および処理のみが行なわれる。

制御ユニット２．３の駆動部２．３ａはＣＡＮ（Controller Area Network）プロトコルを用いて操作機器６と通信する。公知の方法および装置の場合と異なり、操作機器６によってたとえばキーを押すことで生成された制御信号は制御ユニット２．３または制御ユニット２．１〜２．４のＲＴ領域に直接向けられず、この発明に従うと３つの群に分割される。

操作機器６の生成した信号は駆動部２．３ａによって制御ユニット２．３のＮＲＴ領域内の待ち行列２．３ｆに送信される。こうしてＮＲＴ領域においてこれら信号はすべてのプログラム、たとえば端末クライエントプログラムＴＣ１，ＴＣ２にとって利用可能となる。これらは遠隔ユーザインターフェイスを表示するために使用され、したがって、これらが端末クライエントＤＬＬｓ ＴＣ−ＤＬＬ（Dynamic Link Libraries）とリンクすることで、特定のマニピュレータおよび／または制御ユニット用の選択信号などの特別の制御信号を受取ることができ、さらに非リアルタイムバス３′によって対応する遠隔制御ユニット２．１，２．２，２．４に送信することができる。端末クライエントプログラムは、入力信号を受取ると、遠隔制御ユニット２．１，２．２，２．４の対応するユーザインターフェイスＢＯＦが実行される対応する制御ユニット２．１，２．２，２．４上の対応する端末サーバＴＳ１，ＴＳ２へ送信する。

操作員が操作機器６で動きに関する信号をたとえば特別の動きキーを押すことで生成すると、制御ユニット２．３は、上記動きに関する信号を、制御ユニット２．３のＮＲＴ領域への指示された伝送と平行して、装置のＲＴ領域内の処理手段２．３ｄ，２．Ｘｄ、すなわち選択された制御部の処理手段へと送る。正しい処理手段２．３ｄ，２．Ｘｄのアドレス指定は、関連付けられた制御ユニット２．１〜２．４のＴＣＰ／ＩＰアドレスによって行なわれる。マニピュレータ１．１〜１．４（図１）を動き制御するための、装置のＲＴ領域での信号処理は、従来のやり方で行なわれる。制御ユニット２．３またはユニット２．１，２．２，２．４の対応するユーザインターフェイスＢＯＦへの伝送は、待ち行列２．３ｆまたはバス３′および対応する端末サーバＴＳ１，ＴＳ２によって行なわれる。

処理手段２．３ｄ，２．Ｘｄは、制御ユニット２．３と遠隔制御ユニット２．１，２．２，２．４とを区別する。制御ユニット２．３の処理手段２．３ｄが動きに関する信号を受取る場合においてのみ、これはこの信号を選択された制御ユニットのＮＲＴ領域へ上述のやり方で向ける。遠隔制御ユニット２．１，２．２，２．４の処理手段２．Ｘｄはこれら信号を対応する制御ユニット２．１，２．２，２．４のＮＲＴ領域へは向けない。これによって制御ユニットが二様で、すなわち端末サーバおよび処理ユニット経由で同じ制御信号を受取って制御競合を引起こすことを防ぎ、すなわち制御ユニット２．１，２．２，２．４においては、特定の制御ユニットのＮＲＴ領域とＲＴ領域との間で二重の信号伝送はない。

１つ以上の選択したキーを押すなどによって操作機器６が選択または切換信号を生成すると、駆動部２．３ａは切換手段２．３ｉへ信号を送信する。この一般にソフトウェア構成の手段は、制御部２．３のローカルなユーザインターフェイスＢＯＦと、任意にはその他の、端末手段２．３ｇで表わされる端末クライエントＴＣ１，ＴＣ２との間で飛び移り、これらクライエントは他の制御ユニット２．１，２．２，２．４（図５，６）のユーザインターフェイスを表示する。切換手段２．３ｉが別の端末クライアントＴＣ１，ＴＣ２またはローカルなユーザインターフェイスＢＯＦに飛び移ると、対応するアプリケーショ
ンが制御ユニット２．３のＮＲＴ基本ソフトのフォーカスに入る。このようなフォーカスのシフトが検出手段２．３ｅによって検出され、これは駆動部２．３ａにフォーカスのシフトを知らせ、関連付けられた制御ユニット２．１〜２．４または対応する処理手段２．３ｄ，２．Ｘｄの特定のＲＴ領域のＩＰアドレスを経路制御手段２．３ｃに送信する。経路制御手段２．３ｃに従って駆動部２．３ａは、以前にアクティブであった制御ユニット２．１〜２．４のＲＴ領域から「結合解除（uncouple）」し、上記ＩＰアドレスに対応する新たに選択された制御ユニット２．１〜２．４のＲＴ領域と伝送リンクされる。

このようにして操作員は、規格化された入力装置たとえば従来型のキーボードまたはマウスを用いても、アプリケーション間、すなわち端末クライエントＴＣ１，ＴＣ２およびローカルユーザインターフェイスＢＯＦ間で飛び移ることができ、かつここで、１つの特定のユーザインターフェイスが表示されていながら別のユーザインターフェイスまたは別の制御ユニットが選択されているという危険を冒すことがない。このシステムは、操作機器６上のキーを押すこと（信号生成）によってではなく、アクティブなウィンドウ（主制御部２．３のＮＲＴ基本ソフトのフォーカスにあるアプリケーションプログラムＴＣ１，ＴＣ２，ＢＯＦ）に従って同期される。

通常の動作では、各々の制御ユニット２．１〜２．４は、共通の操作機器６がここに接続されているかどうかを調べてから、関連付けられたマニピュレータ１．１〜１．４（図１）の駆動ユニットを可能化する。制御ユニット２．１，２．２，２．４が操作機器６に直接接続されていなければ、このような安全性に関する措置をなくすことが必要である。この機能は制御ユニット２．１，２．２，２．４の操作機器エミュレータ２．Ｘａによって達成され、これが制御ユニット２．３での共通の操作機器６の有無を判断し、対応する制御信号を送信して、制御ユニット２．１，２．２，２．４上の指示された保護措置をなくす。

利用者により実現される制御ユニットまたはマニピュレータの選択の安全性監視は、この発明に従うとハードウェアおよびソフトウェアの両方に基づいて行なわれる。特にハードウェア構成要素は安全バス５を含む。

図３において、実質的に図１に対応するこの発明のシステムの構造を再び示し、これはマニピュレータ１．１〜１．４と、データバス３および安全バス５でリンクされた、関連付けられた制御ユニット２．１〜２．４とを備える。ここでもまたデータバス上に据付けの監視機器４が設けられる。図１とは異なり、図３の実施例では、共通の操作機器６はデータバス３およびセーフティバス５と直接接続される。この場合、操作機器６はこのバスを介して制御ユニット２．１〜２．４のうち１つに直接アクセスする。このような構成はより複雑な操作機器６を前提とするが、それは操作機器６が、主制御部の端末手段の視覚化および実際の操作のために異なるプロトコルを実現しなければならないからである。さらに操作機器６はデータバス３との直接のリンクを独立して実現する必要がある。

図４に示すこの発明のシステムの形態もまた実質的に図１の実施例に対応するが、図２におけるのと同様に制御ユニット２．１〜２．４は、２つの異なるプロトコルを用いた共通のデータバスを経由する代わりに２つの物理的に別個のデータバス３，３′を経由して通信する。こうしてデータバス３，３′は、時間が重要となる、たとえば直接に動きに関するデータを、時間が重要ではないデータから物理的にも分離し、これらを別個のチャネルで伝送する。したがって２つの別個のデータバス３，３′を使用することで、１つのバス経由のデータのやり取りの場合でのソフトウェアによる優先順位制御が回避される。

図４はさらに、これら別個のデータチャネルの動作能力および対象を監視するように構成された監視手段３″を示し、これにより操作員は、マニピュレータであってそのユーザ
インターフェイスを自分が見ているものを操作する。

どのデータが時間が重要となるものなのかについての基本的な判断は、操作機器６か（機器がバスと直接に接続されている場合；図３を参照）、または操作機器６が接続されている制御ユニット２．３か（図１，４）のいずれかによって行なわれる。

図５および図６は、操作機器６を用いた操作員による特定の制御ユニット２．１〜２．４の選択を例示する。この目的のために、操作員は操作機器６上の特別のキーまたはキーの組合せを押し、これにより選択信号が生成される。図５に従い、この結果として動作が現在の制御ユニットから次の制御ユニット（図５の矢印Ｐ，Ｐ′で示す）に変わる。この変更は制御ユニット２．３の端末手段２．３ｇ（図２を参照）におけるフォーカスの変化と等価である。したがって、操作員は１つの制御ユニットから次の制御ユニットへ極めて素早く変更を行なうことができる。この変更はリストのサイクル的な処理または始めから終りまでの実行によって内的に行なわれ、こうして切換の順番は常に同じとなる。たとえば図５のユニット２．３などの制御ユニットのうち１つが利用可能でない場合、これを選択の際に飛び越し（破線Ｐ′）、操作機器は制御ユニット２．１によって直接制御ユニット２．４にアクセスする（矢印Ｐ″）。このような変更手順は、特に制御ユニットが少数である小規模の設備において選択を高速化する。

これに代えて、図６は計画的な選択による制御ユニットの選択を示す。この場合操作員は、すべての利用可能な制御ユニットが列挙されているダイアログを操作機器６により呼出す。このように、計画的な選択により、特定のユニットへ直接飛び移ることが可能となり、これは大規模な設備において特に適している。

図７は制御ユニット間の切換プロセスのフローチャートを示す。ステップＳ１１で切換プロセスを開始した後、ステップＳ１２にて特定のマニピュレータが現在自動モードで動作しているかどうかについての問合せが行なわれる。この切換プロセスは動作モードに依存する。これは、たとえばマニピュレータを停止させることなく自動モードで制御ユニット間での変更を可能にすることを意図したものであり、これによりたとえば特定の制御機器の出力を検査する。自動モードではマニピュレータが自律的に動くため、別の制御部への切換は制御ロスを生じさせることはない。

システムが自動モードにない場合、これまでのマニピュレータを停止させる（ステップＳ１３）。設備が自動モードにない、または手動動作が自動モードにおいて重畳している場合（ステップＳ１２′での問合せ）、操作員がマニピュレータを動きの最中に動かして切換えることでこの特定のマニピュレータに関する制御が失われることがあり得るが、それはこの発明に従うと操作プロセスが切換後に別の制御ユニットに対して作用するからである。したがって手動で動かされるマニピュレータは切換に先立って必ず停止される必要がある（ステップＳ１３）。

動作モードにかかわらず、操作機器上の入力装置（キー）の状態を切換前に「押されていない」にセットすることで設備の停止を防ぐ必要がある（ステップＳ１４）。操作機器上のキーを押すことで監視手段２．３ｂ（図２のウォッチドッグ）が作動させられる。操作機器上でキーが押されていなければウォッチドッグはアクティブでなくされる。ウォッチドッグが切換に応答しないようにするために、「キーが押されていない」という情報を最初に送る必要がある（ステップＳ１４）。これを行なわなければ、ウォッチドッグは保留中の制御信号の場合における接続のロスに対するのと同じように切換に対して反応する。マニピュレータの停止およびキー状態のリセットの後になって初めて、特定のマニピュレータに対する接続を閉じること（ステップＳ１５）および別のマニピュレータへの接続をもたらすこと（ステップＳ１６）が可能となる。

図８は、共通の操作機器が接続される制御ユニットのブートプロセスのフローチャートを示す。特定の制御ユニット（図１，２，４、制御ユニット２．３）が基本ソフトをブートした後（ステップＳ２１）、これは他の制御ユニット２．１，２．２，２．４との接続を試みる。これは記憶されたリスト、たとえばアドレスリストの助けによって行なわれる。制御ユニット２．３はこのリストを順次処理し、ステップＳ２２にて、他の制御ユニット２．１，２．２，２．４がバス経由で応答できるかどうかを調べる。もしそうであり、このような制御ユニットへの接続がまだない場合、接続が確立されて「駐機（park）」（ステップＳ２３，Ｓ２４）され、すなわち接続は存在するがデータはほとんどまたは全くやり取りされない。この対応する他の制御ユニットへバス経由で到達不可能である場合、予めこの制御ユニットが利用可能であるかどうかについて調べる（ステップＳ２５）。もしそうであれば、ステップＳ２６にて、これまでの駐機の接続を閉じ、リスト内の次の制御部が利用可能であるかについて調べる。次にこのプロセスをステップＳ２２からサイクル的に繰返す。

この方法の助けによって、操作員が特定の制御ユニットへの切換の能力を失うことなく任意の順番で制御ユニットをオンおよびオフにすることが可能となる。さらにネットワーク障害の際に制御ユニットは操作機器を介して操作員にとって再び素早く利用可能となる。

図９で、駐機の接続があるときにおける切換プロセスの開始をフローチャートで示す。これら駐機の接続は、遠隔ユーザインターフェイスＢＯＦ（図２を参照）を表示（視覚化）するためのアプリケーションとリンクされる。このアプリケーション（図２の端末手段）は、主制御部のＮＲＴ領域におけるウィンドウをこの遠隔のユーザインターフェイスＢＯＦにとって利用可能にする。現在フォーカスを有している（およびWindows（Ｒ）においてはデスクトップ上で一番前にある）、したがって主制御部すなわち操作機器上で操作員が見ることができるウィンドウのために、接続をアクティブにする必要がある。

操作員は別の制御ユニットと接続を行なうのにいくつかのやり方を有する。操作機器上での選択は急激であることも計画的であることもあり（ステップＳ３１；図５および図６を参照）または特定のウィンドウへの切換のための特定の従来の基本ソフト機能、たとえばWindows（Ｒ）では“ＡＬＴ”＋“Tab”を押すことを利用してもよい（ステップＳ３１′）。後者の場合でも別の制御ユニットへの切換が機能しなければならないので、この発明に従うと、切換は特定のキーの組合せとはリンクされず、ステップＳ３２で確立された特定のウィンドウに対するフォーカスとリンクされる。フォーカスの対象であるウィンドウによって、主制御部はまず、これが遠隔ユーザインターフェイス／制御ユニットの表現であるかどうかを調べる（ステップＳ３３）。もしそうであり、このウィンドウが、現在表示されているウィンドウとは別の制御ユニットを表示している場合、ステップＳ３５にて切換プロセスを開始する。そうでなければ（ステップＳ３４）現在の接続を維持する。

図１０は切換プロセスのシーケンスを例示し、ステップＳ４１は上述のステップ３５（図９）に続くものであり、まず選択した制御ユニットに対する接続を行なう。次に、非リアルタイムデータチャネル３′（図４）によって、または対応するプロトコルによって、遠隔の制御ユニットへの接続を行なう（ステップＳ４２）。接続が行なわれ得る場合（ステップＳ４３）、ステップＳ４４にて、リアルタイムデータ接続（図４のデータバス３）をもたらす試みが行なわれる。次に、ステップＳ４５にて、両方のデータ接続が同じ遠隔制御ユニットで終わるかどうかについて調べる。この目的のためにいくつかの方法が考えられ得る。

−対象アドレスが同じ制御ユニットで終わるかどうかについて、記憶したリストを用い
て調べる。

−任意に選択したコードを１つのデータチャネル上で送信し、これを遠隔のステーションによって受取って別のデータチャネル上で送り返す。最初に送信をした制御ユニットが短い期間内で別のチャネル上でそのコードを再び受取った場合、両方のデータチャネルが同じ制御ユニットに接続されている。

データチャネルが同じ制御ユニットで終わっていない場合、ステップＳ４６にて、すべての動きについての機能（リアルタイムデータチャネル経由で伝送される信号に基づく機能）をブロックし、非リアルタイムデータチャネル経由でエラーメッセージを生成する（ステップＳ４７）。次に、Ｓ４５で問合せが肯定された場合と同様に、ステップＳ４８にて動作を解放し、操作員は制御ユニットで作業を行なうことができる。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、制御ユニット２．３または共通の操作機器６による遠隔制御ユニット２．１，２．２，２．４（図２）の視覚化を例示する。視覚化は、特別のプログラムたとえばマイクロソフト（Microsoft）のRemote Desktopを用いて主制御部２．３の端末手段２．３ｇまたは操作機器６で行なわれる。このプログラムは遠隔制御ユニットの完全なスクリーンまたは完全なユーザインターフェイスを表わし、遠隔ユニット上で実行されるソフトウェアから独立である。したがって、この特定のプログラムをサポートするものである限り異なった機器が使用可能である。原理的に、２つの手順が視覚化の実現について可能である。

図１１（ａ）では、各々の遠隔制御ユニット２．１，２．２について、非リアルタイムデータバス３′（図２）を用いて接続Ｖ₁，Ｖ₂が確立されて永久的に維持される。すなわち遠隔制御ユニット２．１，２．２は、操作機器６もしくは６．１、および／または、制御ユニット２．３の端末手段２．３ｇ上で、重畳されたウィンドウを積み重ねたものとして表わされる。この設計には、切換時間が極めて短いという利点があるが、それは切換時間において新たな接続を形成する必要がないからである。しかしながら、たとえば遠隔制御ユニット２．１，２．２の切断によって生じるものなどの死んだ（dead）接続を検出し、必要に応じてバックグラウンドで再び接続を確立するために、接続は永久的に監視される必要がある。

図１１（ｂ）は、ただ１つの視覚化接続Ｖが構成された代替的な構成を示す。切換の際に現在の接続Ｖは解消され、新たな接続Ｖが形成される。この代替例ではより長い切換時間が必要となるが、上述の接続監視は必要ではない。

図１２は、画像データを表示するための操作機器６上での表示までに行なわれる処理ステップを示す。任意のアプリケーション、たとえば上述のマイクロソフトのRemote Desktopが、基本ソフト、たとえば制御ユニット２．１〜２．４のＮＲＴ領域（図２）の場合にはWindows（Ｒ）、の対応するインターフェイスに表示命令を転送する。表示命令はたとえば切換面、線などの図形表現であり得る。基本ソフトはこれらコマンドを整理し、ここで基本ソフトとは詳細な命令をグラフィックカードドライバに送り、これはたとえば小さなボックス、バックグラウンドの色、文などの表示である。グラフィックカードドライバはこれらの情報を画素情報に変換し、これらをグラフィックカードに入力する（ステップＳ５１〜Ｓ５４）。

遠隔コンピュータ（制御ユニット）を表現する複数の利用可能なプログラムがまずグラフィックドライバ面で状況を調べる（ステップ５３）が、すなわち極めて多数の画素情報が送信されるためデータ量が膨張し、データ伝送が遅れる。この発明に従うシステムでは、データは基本ソフトのグラフィックインターフェイス面で受取られ（ステップＳ５２）
、データの圧縮および復元のステップ（ステップＳ５５およびＳ５６）を挟んで対象であるシステム（主制御部２．３）へイーサネット（Ｒ）により送信される。これによりデータ量が劇的に減少するが、それは単位時間当りの同じ伝送レートでは画素情報よりも多くのコマンドが伝送されるからである。画素情報伝送は画像の表示にのみ必要である。ステップＳ５５およびＳ５６によって、システムの動作は遅いモデム接続を用いても可能となる。

受信側ステーション（端末手段２．３ｇおよび／または操作機器６）はデータを受取り（ステップＳ５７）、任意には、たとえば送信側システムと受信側システムとの解像度または色の濃さが異なる場合、このデータは変換される。次にこのデータは従来のやり方で、基本ソフトのインターフェイス、グラフィックカードドライバおよびグラフィックカードを用いて表示される（ステップＳ５８〜Ｓ６０）。基本的には、視覚化が完全に操作機器によって受け持たれる場合、この発明に従うとグラフィックカードなしでも制御ユニットを操作することは可能である。少なくとも診断の目的では、制御部においてグラフィックカードは有用である。

共通の操作機器でのいくつかの制御ユニットの確実な操作を可能にするために、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す態様で操作機器と制御ユニットまたはマニピュレータとの間に、操作員の見やすい関連付けが必要である。

図１３（ａ）に従うと、各々のマニピュレータは、たとえば色のついた帯を付すことで視覚的に効果的な態様で印付けられる。この発明に従い共通の操作機器６またはその入力／表示ユニット６．１上で表示されるようなユーザインターフェイスは、これが目下接続されているマニピュレータの印付けを反映させる。これは、マニピュレータ１．１，１．２，１．３の印付けＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃が制御ユニット（図示せず）のソフトウェア構成と合致していることを前提とする。色による印付けの代わりに、操作機器６上で表示されるユーザインターフェイス用のバックグラウンドとして用いられる任意の記号を用いてもよい。

図１３（ｂ）は、マニピュレータ１．１〜１．３についての別の追加的または代替的に使用可能な識別法を示す。各々のマニピュレータ１．１〜１．３は信号生成器Ｓ、たとえばランプまたはＬＥＤストリップを有する。

操作員が操作機器６上で制御ユニット（図示せず）を選択すると、対応する信号生成器Ｓが点灯する。しかし信号生成器Ｓは聴覚信号生成器または聴覚・視覚組合せ型信号生成器であってもよい。このような設計には、外部に付した印付けに機器を一致させる必要がないという利点があり、こうして誤った構成がほぼ防止できる。

共通の操作機器の第１の接続法によるこの発明の装置の全体を示す概略図である。 図１に従うこの発明の装置のアーキテクチャを示すブロック図である。 図１に従う装置と、共通の操作機器との別の接続法を示す図である。 別個のデータチャネルを伴う装置の場合における、図１に対応する図である。 共通の操作機器による特定の制御ユニットの第１の選択のやり方を示す概略図である。 共通の操作機器による特定の制御ユニットの第２の選択のやり方を示す概略図である。 ２つの特定の制御ユニット間の切換プロセスを示すフローチャートである。 共通の操作機器が接続された制御ユニットのブートプロセスを示すフローチャートである。 切換プロセスの開始を示すフローチャートである。 切換プロセスを示すフローチャートである。 この発明の方法の際に用いる遠隔機器の視覚化に関する概略図である。 視覚化を示すフローチャートである。 操作機器とマニピュレータとの間の関連付けのやり方を示す概略図である。

符号の説明

１．１〜１．４ マニピュレータ（ロボット）、２．１〜２．４ 制御ユニット、２．３ 主制御部、２．３ａ 駆動部、２．３ｂ 監視手段（ウォッチドッグ）、２．３ｃ 経路制御手段、２．３ｄ 処理手段、２．３ｅ 検出手段、２．３ｆ 待ち行列、２．３ｇ 端末手段、２．３ｉ 切換手段、２．３ｋ 選択手段、２．Ｘａ 操作機器エミュレータ、２．Ｘｆ 待ち行列、２．Ｘｄ 処理手段、２．Ｘｈ 読出部、３，３′ データバス（リアルタイム、非リアルタイム）、３″ 監視手段、４ 監視機器、５，５′ 安全バス、５．１ ノード、６ 操作機器、６．１ 操作／表示ユニット、６．２ 中間ボード、６．３ 検証手段、７ データバス、８ 視覚化バス、９ 監視手段、ＢＯＦ ユーザインターフェイス、Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃ 印付け、ＮＲＴ 非リアルタイム領域、Ｐ，Ｐ′，Ｐ″ 制御部の変更、ＲＴ リアルタイム領域、Ｓ 信号生成器、ＴＣ１，ＴＣ２ 端末クライアント、ＴＳ１，ＴＳ２ 端末サーバ、Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 視覚化接続。

Claims (44)

1. 各々の制御ユニットが少なくとも１つのマニピュレータを制御するように、前記マニピュレータに関連付けられた多数の制御ユニットによって、複数のマニピュレータを制御するための方法であって、１つの操作機器は、前記マニピュレータを制御するためのいくつかの制御ユニットにアクセスする、方法。
2. 前記操作機器は、特定のマニピュレータの動き制御のために直接好適な制御信号（動きに関する制御信号）を生成する、請求項１に記載の方法。
3. 前記動きに関する制御信号は、第１の送信手段によって、動きに関する制御信号をリアルタイム処理するように構成された関連付けられた制御ユニットの領域へ向けられる、請求項２に記載の方法。
4. 前記操作機器は、直接動きに関しないさらなる制御信号を生成する、請求項１に記載の方法。
5. 前記さらなる信号は、異なる制御ユニットのユーザインターフェイスを表示するための制御ユニットの非リアルタイム領域にある端末手段に専ら向けられる、請求項４に記載の方法。
6. 前記制御信号は、非リアルタイムでデータを処理するように構成された関連付けられた制御ユニットの領域に第２の送信手段を介して向けられる、請求項２に記載の方法。
7. 前記操作機器は、選択されたマニピュレータの制御ユニットのユーザインターフェイスを表示する、請求項１に記載の方法。
8. 表示がグラフィック式に行なわれる、請求項７に記載の方法。
9. 選択されたマニピュレータを識別するためにマニピュレータの名称が操作機器上に表示される、請求項８に記載の方法。
10. 選択されたマニピュレータを識別するために、特定のマニピュレータ上にある視覚的に働く印付けが操作機器上に表示される、請求項８に記載の方法。
11. 選択されたマニピュレータを識別するために、特定のマニピュレータ上にある聴覚的および／または視覚的な信号生成器が作動させられる、請求項８に記載の方法。
12. 選択されたマニピュレータに関連付けられた制御ユニットの画像内容が操作機器にデジタル式に送信される、請求項８に記載の方法。
13. 画像内容データは送信前に圧縮される、請求項１２に記載の方法。
14. 標準的な画像要素が制御信号として送信され、操作機器により自立的に表示される、請求項１２に記載の方法。
15. 画像情報は画素データとして送信される、請求項８に記載の方法。
16. 第１の送信手段による動きに関する信号の伝送は第１の監視手段によって制御され、伝送の中断の際、動きに関する制御信号が前記監視手段によって生成される、請求項２に記
    載の方法。
17. 操作機器により生成される制御信号および画像情報データは同じチャネル上で伝送される、請求項７に記載の方法。
18. 操作機器により生成される制御信号および画像情報データは異なるチャネル上で伝送され、前記チャネルの機能および対象は第２の反対側の監視手段により制御される、請求項７に記載の方法。
19. 選択された制御ユニットにより操作機器とリンクされたマニピュレータは視覚的および／または聴覚的な信号生成器により示される、請求項１に記載の方法。
20. 信号生成器の動作能力は監視手段により監視される、請求項１９に記載の方法。
21. 複数のマニピュレータを制御するための装置であって、前記マニピュレータと関連付けられた複数の制御ユニットを有し、各々の制御ユニットは少なくとも１つのマニピュレータを制御し、前記マニピュレータを操作するための少なくとも１つの特定の制御ユニットと接続可能な共通の操作機器を有する、装置。
22. 前記制御ユニットは各々が、リアルタイムおよび非リアルタイムの基本ソフトを実現するように設定された領域（ＲＴおよびＮＲＴ）へと分割される、請求項２１に記載の装置。
23. 制御ユニットのリアルタイム領域（ＲＴ）は、特定のマニピュレータの動き制御のために直接好適な制御信号（動きに関する制御信号）を処理するように構成される、請求項２２に記載の装置。
24. 前記制御ユニットのリアルタイム領域（ＲＴ）は第１の送信手段によって接続され、前記制御ユニットの非リアルタイム領域（ＮＲＴ）は第２の送信手段によって接続される、請求項２３に記載の装置。
25. 少なくとも１つの制御ユニットは、その非リアルタイム領域（ＮＲＴ）内に、異なる制御ユニットのユーザインターフェイス（ＢＯＦ）を表示するための端末手段を有する、請求項２１に記載の装置。
26. 少なくとも１つの制御ユニットは、選択されたマニピュレータを制御する制御ユニットを検出するための検出手段を有する、請求項２１に記載の装置。
27. 前記検出手段を有する制御ユニットは、前記検出手段を通じて動作が行なわれ得る経路制御手段を有し、動きに関する制御信号が、第１の送信手段を介して、選択されたマニピュレータに関連付けられた制御ユニットへ向けられ得る、請求項２６に記載の装置。
28. 動きに関する制御信号は、関連付けられた制御ユニットへの送信と平行して端末手段へ向けられ得る、請求項２７に記載の装置。
29. 操作機器により生成された、直接動きに関しないさらなる制御信号は端末手段へ専ら向けられ得る、請求項２５に記載の装置。
30. 前記端末手段とユーザインターフェイス（ＢＯＦ）との間の制御信号すべては、第２の送信手段によって、関連付けられた制御ユニットと通信できる、請求項２５に記載の装置
    。
31. 前記操作機器は、異なる制御ユニットのユーザインターフェイス（ＢＯＦ）を表示するための表示手段を有する、請求項２１に記載の装置。
32. 前記操作機器は、異なる制御ユニットのユーザインターフェイス（ＢＯＦ）を視覚化するように構成される、請求項３１に記載の装置。
33. 前記操作機器上において、関連付けられた制御ユニットのユーザインターフェイス（ＢＯＦ）がそれぞれ表示される、請求項３１に記載の装置。
34. 表示、制御および／または安全信号は、バス／データチャネル上で伝送され得る、請求項２１に記載の装置。
35. 制御ユニットと操作機器との間の表示および制御信号は共通のデータチャネル上で伝送され得る、請求項３１に記載の装置。
36. 制御ユニットと操作機器との間の表示および制御信号は、別個のデータチャネル上で伝送され得る、請求項３１に記載の装置。
37. データチャネルの機能および対象を監視するように構成された反対側の監視手段を有する、請求項３６に記載の装置。
38. 表示されたユーザインターフェイス（ＢＯＦ）と選択されたマニピュレータとの間に明らかな関連付けを有する、請求項３１に記載の装置。
39. ユーザインターフェイス（ＢＯＦ）およびマニピュレータは実質的に同一の視覚的に働く印付け（Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃）を有する、請求項３１に記載の装置。
40. 前記マニピュレータは各々が、選択されたマニピュレータを表示するための信号を送信するように各々が構成された視覚的および／または聴覚的な信号生成器（Ｓ）を有する、請求項３８に記載の装置。
41. 前記マニピュレータすべての制御ユニットを相互接続する安全送信手段を有する、請求項２１に記載の装置。
42. 前記操作機器により生成された制御信号は、検証後になって初めて、関連付けられた制御ユニットへ向けられ得る、請求項２１に記載の装置。
43. 前記操作機器とマニピュレータとの間で所与のリンクを表示するように構成された、マニピュレータ上に位置する視覚的および／または聴覚的な信号生成器（Ｓ）を有する、請求項４２に記載の装置。
44. 前記信号生成器の動作能力を監視するための監視手段を有する、請求項４３に記載の装置。

Images