JP2008126328A - Robot apparatus and its sensor measuring information transfer system - Google Patents

Robot apparatus and its sensor measuring information transfer system Download PDF

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JP2008126328A JP2006311479A JP2006311479A JP2008126328A JP 2008126328 A JP2008126328 A JP 2008126328A JP 2006311479 A JP2006311479 A JP 2006311479A JP 2006311479 A JP2006311479 A JP 2006311479A JP 2008126328 A JP2008126328 A JP 2008126328A
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誠 覚知
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor measuring information transfer system of a robot apparatus capable of enhancing the degree of freedom in arranging A-D conversion parts for making the A-D conversion of output signals from sensors and reducing a processing load required to perform a communication processing in order for a robot control part to collect the measuring information of the sensor. <P>SOLUTION: The A-D conversion parts 12a-12c convert analog signals sent from the sensors 10a-10c and transmit digital data after being converted. An interface conversion part 14 receives the digital data sent from the A-D conversion parts 12a-12c and transmits summarized data as the summary of the received digital data. The robot control part 16 receives the summarized data sent from an interface conversion part 14 and executes the control of the robot apparatus on the basis of the summarized data. The interface conversion part 14 is formed on a separate base board 17d provided independently of the A-D conversion parts 12a-12c. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ロボット装置に設けられた各種センサにより計測される物理量に基づいて状態検出やアクチュエータの制御等を実行する制御部に対して、各種センサの計測情報を伝達するためのセンサ計測情報転送システムに関する。   The present invention provides sensor measurement information transfer for transmitting measurement information of various sensors to a control unit that performs state detection, actuator control, and the like based on physical quantities measured by various sensors provided in the robot apparatus. About the system.

ロボット装置には、多くのセンサが必要とされる。例えば、ヒューマノイドロボットであれば、手先や足先などに力センサ、圧力センサ、触覚センサ等が設けられる。そのほかにも、速度センサや加速度センサなど様々なセンサがロボット装置に設けられ、これらのセンサにより計測される物理量を用いて、ロボット装置の内部又はロボット装置が置かれた外部環境の何らかの状態変化の検出や、アクチュエータのフィードバック制御等が実行される。このため、センサが出力するアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータ化し、ロボット装置を制御するロボット制御部に対して転送するための転送システムが必要となる。本明細書では、このようなロボット装置に設けられたセンサより出力される計測情報を転送するためのシステムをセンサ計測情報転送システムと呼ぶ。   Many sensors are required for the robot apparatus. For example, in the case of a humanoid robot, a force sensor, a pressure sensor, a tactile sensor, or the like is provided on the hand or foot. In addition, various sensors such as a speed sensor and an acceleration sensor are provided in the robot apparatus, and the physical quantity measured by these sensors is used to change the state of the robot apparatus or the external environment where the robot apparatus is placed. Detection, actuator feedback control, and the like are executed. For this reason, a transfer system is required for sampling the analog signal output from the sensor into digital data and transferring it to the robot controller that controls the robot apparatus. In the present specification, a system for transferring measurement information output from a sensor provided in such a robot apparatus is referred to as a sensor measurement information transfer system.

特許文献1に開示された脚式歩行ロボットは、センサが出力する信号をセンサ用処理部でいったん受信し、その後、シリアル通信ケーブルを介してセンサの計測情報をロボット制御部に転送する。また、センサ用処理部は、他のデバイスに対する処理部とともに1つの基板に実装される。特許文献1に開示されたセンサ計測情報転送システムと同等のセンサ計測情報転送システムの構成を図3に示す。   The legged walking robot disclosed in Patent Document 1 once receives a signal output from a sensor by a sensor processing unit, and then transfers sensor measurement information to the robot control unit via a serial communication cable. The sensor processing unit is mounted on one substrate together with processing units for other devices. The configuration of a sensor measurement information transfer system equivalent to the sensor measurement information transfer system disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG.

図3に示すセンサ計測情報転送システム3では、センサ用処理部331は、LED用処理部332、その他のデバイス用の処理部333、及びシリアル通信部334が1つの基板(デバイス部33)に実装される。センサ用処理部331には、信号ケーブル群32aを介して複数のセンサ30が接続されており、複数のセンサ30が出力するアナログ信号がセンサ用処理部331に入力される。LED用処理部332は、信号ケーブル群32bを介して接続された複数のLED31の点灯を制御する。   In the sensor measurement information transfer system 3 shown in FIG. 3, the sensor processing unit 331 includes an LED processing unit 332, other device processing units 333, and a serial communication unit 334 mounted on one substrate (device unit 33). Is done. A plurality of sensors 30 are connected to the sensor processing unit 331 via the signal cable group 32 a, and analog signals output from the plurality of sensors 30 are input to the sensor processing unit 331. The LED processing unit 332 controls lighting of the plurality of LEDs 31 connected via the signal cable group 32b.

センサ用処理部331は、センサ30が出力するアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換するA/D変換処理を実行し、生成されたデジタルデータをシリアル通信部334に出力する。シリアル通信部334は、信号ケーブル34aを介してロボット制御部35が有するシリアル通信部351と接続されており、センサ用処理部331から入力されたデジタルデータを信号ケーブル34aを介してロボット制御部35に転送する。なお、シリアル通信部334は、ロボット制御部35とLED用処理部332との間及びロボット制御部35とその他処理部333との間で送受信されるデータの中継も併せて行う。
特開2005−66742号公報
The sensor processing unit 331 executes an A / D conversion process that samples the analog signal output from the sensor 30 and converts it into digital data, and outputs the generated digital data to the serial communication unit 334. The serial communication unit 334 is connected to the serial communication unit 351 included in the robot control unit 35 via the signal cable 34a, and the digital data input from the sensor processing unit 331 is transmitted to the robot control unit 35 via the signal cable 34a. Forward to. The serial communication unit 334 also relays data transmitted and received between the robot control unit 35 and the LED processing unit 332 and between the robot control unit 35 and the other processing unit 333.
JP 2005-66742 A

上述したように、図3に示したセンサ計測情報転送システム3は、他の処理部とともに1つの基板に実装されたセンサ用処理部331において複数のセンサ30が出力するアナログ信号を受信するため、センサ用処理部331を含むデバイス部33が配置される基板の面積が大きくなる。また、1つのセンサ用処理部331に全てのロボット装置に搭載される全てのセンサ30の出力信号を集約する構成は、センサ用処理部331の回路規模の増大を招き、センサ用処理部331が搭載される基板の面積をさらに増加させてしまう。このために、センサ30がロボットハンドの指先などのレイアウト制約が大きい場所に配置される場合には、デバイス部33を実装した基板をセンサ30の近くに配置することが困難であり、アナログ信号を中継する信号ケーブル32aのケーブル長が長くなり、ノイズの影響による信号劣化が発生しやすいという問題がある。   As described above, the sensor measurement information transfer system 3 shown in FIG. 3 receives analog signals output from the plurality of sensors 30 in the sensor processing unit 331 mounted on one substrate together with other processing units. The area of the substrate on which the device unit 33 including the sensor processing unit 331 is arranged increases. In addition, the configuration in which the output signals of all the sensors 30 mounted on all the robot devices are aggregated in one sensor processing unit 331 causes an increase in the circuit scale of the sensor processing unit 331, and the sensor processing unit 331 This further increases the area of the substrate to be mounted. For this reason, when the sensor 30 is arranged in a place with a large layout constraint such as a fingertip of a robot hand, it is difficult to arrange the board on which the device unit 33 is mounted near the sensor 30, There is a problem that the signal cable 32a to be relayed has a long cable length and is likely to cause signal degradation due to noise.

そこで、センサ計測情報転送システム3が有する上記の問題を解消するために、発明者は、USB(Universal Serial Bus)2.0規格やIEEE1394規格に準拠したシリアル通信インタフェースを有する複数のA/D変換部をロボット装置内に配置し、複数のセンサの出力信号のA/D変換処理を複数のA/D変換部に分担させ、複数のA/D変換部によってデジタル化されたデータをロボット制御部に転送する構成を考案した。このようなセンサ計測情報転送システムの構成を図4に示す。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problems of the sensor measurement information transfer system 3, the inventor has made a plurality of A / D conversions having serial communication interfaces conforming to the USB (Universal Serial Bus) 2.0 standard and the IEEE 1394 standard. Are arranged in the robot apparatus, A / D conversion processing of output signals of a plurality of sensors is shared by a plurality of A / D conversion units, and data digitized by the plurality of A / D conversion units is transmitted to the robot control unit. Invented a configuration to transfer to. The configuration of such a sensor measurement information transfer system is shown in FIG.

図4のセンサ計測情報転送システム4は、シリアル通信インタフェースを有する複数のA/D変換部42a乃至42cがロボット制御部46にデイジーチェイン接続されている。A/D変換部42aが有するA/D変換回路121aは、センサ10aが出力するアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換する。シリアル通信部422は、A/D変換回路121aが出力するデジタルデータを信号ケーブル43aを介してロボット制御部46に転送する。また、シリアル通信部422は、他のA/D変換部42b及び42cが送信するデータの中継を行う。A/D変換部42b及び42cの構成は、A/D変換部42aと同様である。ロボット制御部46が有するシリアル通信部461は、A/D変換部42a乃至42cから送信されるデジタルデータを受信する。プロセッサ162は、シリアル通信部461で受信されたデジタルデータを参照することによって、センサ10a乃至10cにより計測される物理量を認識し、ロボット装置の内部又は外部環境の何らかの状態変化の検出や、アクチュエータに対するフィードバック制御等を実行する。   In the sensor measurement information transfer system 4 of FIG. 4, a plurality of A / D conversion units 42 a to 42 c having a serial communication interface are daisy chain connected to the robot control unit 46. The A / D conversion circuit 121a included in the A / D conversion unit 42a samples an analog signal output from the sensor 10a and converts it into digital data. The serial communication unit 422 transfers the digital data output from the A / D conversion circuit 121a to the robot control unit 46 via the signal cable 43a. The serial communication unit 422 relays data transmitted by the other A / D conversion units 42b and 42c. The configuration of the A / D converters 42b and 42c is the same as that of the A / D converter 42a. A serial communication unit 461 included in the robot control unit 46 receives digital data transmitted from the A / D conversion units 42a to 42c. The processor 162 recognizes the physical quantity measured by the sensors 10a to 10c by referring to the digital data received by the serial communication unit 461, detects some state change in the internal or external environment of the robot apparatus, Perform feedback control and so on.

A/D変換部42a乃至42cの回路規模は、上述したデバイス部33の回路規模に比べて小さいため、A/D変換部42a乃至42cをセンサ10a乃至10cの近傍に配置することが可能となる。このため、アナログ信号の伝送距離が長くなることによる信号劣化を軽減できる。しかしながら、ロボット制御部46は、A/D変換部42a乃至42cを含む多くのA/D変換部からデータを受信するための通信処理を行う必要があり、ロボット制御部46の通信処理に要する処置負荷が増大するという問題がある。また、シリアル通信規格により定められた接続機器数の制約により、ロボット制御部46に接続可能なA/D変換部42の台数が制限されることが多い。例えば、IEEE1394規格では1つのネットワークに接続可能な機器の最大数が63台に制限される。このために、複数のA/D変換部42をロボット装置内の必要な場所に必要な数だけ配置することができない可能性がある。   Since the circuit scale of the A / D conversion units 42a to 42c is smaller than the circuit scale of the device unit 33 described above, the A / D conversion units 42a to 42c can be disposed in the vicinity of the sensors 10a to 10c. . For this reason, signal deterioration due to an increase in the transmission distance of the analog signal can be reduced. However, the robot control unit 46 needs to perform communication processing for receiving data from many A / D conversion units including the A / D conversion units 42a to 42c, and measures required for the communication processing of the robot control unit 46. There is a problem that the load increases. Further, the number of A / D conversion units 42 that can be connected to the robot control unit 46 is often limited due to the restriction on the number of connected devices defined by the serial communication standard. For example, in the IEEE 1394 standard, the maximum number of devices that can be connected to one network is limited to 63. For this reason, there is a possibility that the required number of the plurality of A / D conversion units 42 cannot be arranged at a required place in the robot apparatus.

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、ロボット装置におけるセンサ計測情報転送システムにおいて、センサの出力信号をA/D変換するためのA/D変換部の配置自由度を向上させるとともに、ロボット制御部がセンサの計測情報を収集するための通信処理に要する処理負荷を軽減することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and in the sensor measurement information transfer system in the robot apparatus, the degree of freedom of arrangement of the A / D conversion unit for A / D converting the output signal of the sensor is increased. It is an object of the present invention to improve and reduce the processing load required for communication processing for the robot controller to collect sensor measurement information.

本発明の第1の態様にかかるロボット装置におけるセンサ計測情報転送システムは、前記ロボット装置内に設けられたセンサより送信されるアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータを送信する複数のA/D変換部と、前記複数のA/D変換部の各々から送信される前記デジタルデータを受信し、前記複数のA/D変換部から受信されたデジタルデータを集約した集約データを送信するインタフェース変換部と、前記インタフェース変換部から送信される前記集約データを受信し、前記集約データに基づいて前記ロボット装置に対する制御を実行するロボット制御部とを備える。さらに、前記インタフェース変換部は、前記複数のA/D変換部と独立した別個の基板に形成される。   The sensor measurement information transfer system in the robot apparatus according to the first aspect of the present invention samples an analog signal transmitted from a sensor provided in the robot apparatus, converts it into digital data, and transmits the digital data. A plurality of A / D converters and aggregate data obtained by receiving the digital data transmitted from each of the plurality of A / D converters and aggregating the digital data received from the plurality of A / D converters An interface conversion unit for transmission, and a robot control unit that receives the aggregated data transmitted from the interface conversion unit and executes control on the robot apparatus based on the aggregated data. Further, the interface conversion unit is formed on a separate substrate independent of the plurality of A / D conversion units.

このように本発明の第1の態様にかかるセンサ計測情報転送システムは、A/D変換部を独立した回路としているために、A/D変換部の回路規模を抑制でき、A/D変換部の配置自由度を向上させることができる。これにより、センサがロボットハンドの指先などのレイアウト制約が大きい場所に配置される場合にも、A/D変換部センサ10の近傍に配置し易くなる。したがって、センサとA/D変換部の間での信号劣化を抑制することができる。   Thus, since the sensor measurement information transfer system according to the first aspect of the present invention uses the A / D conversion unit as an independent circuit, the circuit scale of the A / D conversion unit can be suppressed. The degree of freedom of arrangement can be improved. Thereby, even when the sensor is arranged in a place with a large layout constraint such as a fingertip of the robot hand, it becomes easy to arrange the sensor in the vicinity of the A / D conversion unit sensor 10. Therefore, signal degradation between the sensor and the A / D converter can be suppressed.

さらに、本発明の第1の態様にかかるセンサ計測情報転送システムにおいては、ロボット制御部がインタフェース変換部との間でデータ通信を行う。これにより、ロボット制御部は、個々のA/D変換部と直接通信する必要がないため、センサ数の増加によってA/D変換部の数が増加した場合にも、ロボット制御部の通信処理に要する処置負荷の増大を抑制することができる。また、第2のシリアル通信プロトコルによる接続機器数の制約は、インタフェース変換部の数に対して課されるものであり、A/D変換部の数は直接制約されない。このため、インタフェース変換部の増設によってセンサ及びA/D変換部を容易に増設することが可能になる。   Furthermore, in the sensor measurement information transfer system according to the first aspect of the present invention, the robot control unit performs data communication with the interface conversion unit. As a result, the robot control unit does not need to communicate directly with each A / D conversion unit, so even when the number of A / D conversion units increases due to an increase in the number of sensors, the robot control unit can perform communication processing. An increase in required treatment load can be suppressed. In addition, the limitation on the number of connected devices by the second serial communication protocol is imposed on the number of interface conversion units, and the number of A / D conversion units is not directly limited. For this reason, it is possible to easily add sensors and A / D converters by adding interface converters.

一方、本発明の第2の態様にかかるロボット装置は、アクチュエータと、計測した物理量に応じたアナログ信号を出力する複数のセンサと、前記複数のセンサより送信されるアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータを送信する複数のA/D変換部と、前記複数のA/D変換部の各々から送信される前記デジタルデータを受信し、前記複数のA/D変換部から受信されたデジタルデータを集約した集約データを送信するインタフェース変換部と、前記インタフェース変換部から送信される前記集約データを受信し、前記集約データに基づいて前記アクチュエータに対する制御を実行するロボット制御部とを備える。さらに、前記インタフェース変換部は、前記複数のA/D変換部と独立した別個の基板に形成されるとともに、前記A/D変換部が設けられる基板と前記インタフェース変換部が設けられる基板の間は信号ケーブルにより接続される。   On the other hand, the robot apparatus according to the second aspect of the present invention includes an actuator, a plurality of sensors that output analog signals corresponding to the measured physical quantities, and digital data obtained by sampling analog signals transmitted from the plurality of sensors. A plurality of A / D converters for converting the digital data and transmitting the digital data; receiving the digital data transmitted from each of the plurality of A / D converters; and receiving from the plurality of A / D converters An interface conversion unit that transmits aggregated data obtained by aggregating the digital data, and a robot control unit that receives the aggregated data transmitted from the interface conversion unit and executes control on the actuator based on the aggregated data. Prepare. Further, the interface conversion unit is formed on a separate substrate independent of the plurality of A / D conversion units, and between the substrate on which the A / D conversion unit is provided and the substrate on which the interface conversion unit is provided. Connected by signal cable.

上述した本発明の第2の態様にかかるロボット装置は、A/D変換部を独立した回路とすることで、センサの出力信号をA/D変換するためのA/D変換部の配置自由度を向上させることができる。さらに、ロボット制御部が個々のA/D変換部と直接通信する必要がないため、センサ数の増加によってA/D変換部の数が増加した場合にも、ロボット制御部の通信処理に要する処置負荷の増大を抑制することができる。   In the robot apparatus according to the second aspect of the present invention described above, the degree of freedom of arrangement of the A / D conversion unit for A / D converting the output signal of the sensor by making the A / D conversion unit an independent circuit. Can be improved. Further, since the robot control unit does not need to communicate directly with each A / D conversion unit, even when the number of A / D conversion units increases due to an increase in the number of sensors, a measure required for communication processing of the robot control unit An increase in load can be suppressed.

本発明により、センサの出力信号をA/D変換するためのA/D変換部の配置自由度を向上させるとともに、ロボット制御部がセンサの計測情報を収集するための通信処理に要する処理負荷を軽減することが可能なセンサ計測情報転送システム及びロボット装置を提供できる。   According to the present invention, the degree of freedom of arrangement of the A / D conversion unit for A / D converting the output signal of the sensor is improved, and the processing load required for communication processing for the robot control unit to collect sensor measurement information is reduced. A sensor measurement information transfer system and a robot apparatus that can be reduced can be provided.

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as necessary for the sake of clarity.

本発明の実施の形態にかかるセンサ計測情報転送システム1の構成を図1に示す。図1においてA/D変換部12aはセンサ10aと信号ケーブル11aによって接続されている。A/D変換部12aが有するA/D変換回路121aは、センサ10aが出力するアナログ信号を信号ケーブル11aを介して受信するとともに、受信したアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換する。また、A/D変換部12aが有する第1シリアル通信部122aは、第1のシリアル通信プロトコルに従って、A/D変換回路121aにより生成されたデジタルデータを後述するインタフェース変換部14に対して送信する。A/D変換部12b及び12cは、A/D変換部12aと同様の構成を有する。   FIG. 1 shows the configuration of a sensor measurement information transfer system 1 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the A / D converter 12a is connected to a sensor 10a and a signal cable 11a. The A / D conversion circuit 121a included in the A / D conversion unit 12a receives an analog signal output from the sensor 10a via the signal cable 11a, and samples the received analog signal to convert it into digital data. The first serial communication unit 122a included in the A / D conversion unit 12a transmits the digital data generated by the A / D conversion circuit 121a to the interface conversion unit 14 described later according to the first serial communication protocol. . The A / D converters 12b and 12c have the same configuration as the A / D converter 12a.

なお、A/D変換部12a乃至12cとセンサ10a乃至10cの間の接続は、A/D変換部12aとセンサ10aとの接続関係のように、1つのセンサと1つのA/D変換部とを一対一で接続してもよい。また、A/D変換部12bとセンサ10bとの接続関係のように、複数のアナログ信号ケーブルによって接続してもよい。また、A/D変換部12cと複数のセンサ10cとの接続関係のように、複数のセンサと1つのA/D変換部とを接続してもよい。   Note that the connection between the A / D conversion units 12a to 12c and the sensors 10a to 10c is one sensor and one A / D conversion unit as in the connection relationship between the A / D conversion unit 12a and the sensor 10a. May be connected one to one. Moreover, you may connect by several analog signal cables like the connection relation of the A / D conversion part 12b and the sensor 10b. Moreover, you may connect a some sensor and one A / D conversion part like the connection relation of the A / D conversion part 12c and the some sensor 10c.

インタフェース変換部14は、A/D変換部12a乃至12cから送信されるデジタルデータを第1のシリアル通信プロトコルに従って受信するとともに、A/D変換部12a乃至12cから受信されたデジタルデータを集約した集約データを第2のシリアル通信プロトコルに従ってロボット制御部16に送信する。   The interface conversion unit 14 receives the digital data transmitted from the A / D conversion units 12a to 12c in accordance with the first serial communication protocol, and aggregates the digital data received from the A / D conversion units 12a to 12c. Data is transmitted to the robot controller 16 in accordance with the second serial communication protocol.

インタフェース変換部14についてさらに詳しく説明する。インタフェース変換部14が有する3つの第1シリアル通信部141a乃至141cはそれぞれ、信号ケーブル13a乃至13cによってA/D変換部12a乃至12cが有する第1シリアル通信部122a乃至122cと接続されている。第1シリアル通信部141a乃至141cはそれぞれ、第1のシリアル通信プロトコルに従って第1シリアル通信部122a乃至122cからデジタルデータを受信する。   The interface conversion unit 14 will be described in more detail. The three first serial communication units 141a to 141c included in the interface conversion unit 14 are connected to the first serial communication units 122a to 122c included in the A / D conversion units 12a to 12c through signal cables 13a to 13c, respectively. The first serial communication units 141a to 141c receive digital data from the first serial communication units 122a to 122c, respectively, according to the first serial communication protocol.

ブリッジ部142は、第1シリアル通信部141a乃至141cによって複数のA/D変換部12a乃至12cから受信されたデジタルデータを集約するとともに、第2のシリアル通信プロトコルに適合したデータフォーマットに変換して出力する。   The bridge unit 142 aggregates the digital data received from the plurality of A / D conversion units 12a to 12c by the first serial communication units 141a to 141c and converts the digital data into a data format compatible with the second serial communication protocol. Output.

第2シリアル通信部143は、信号ケーブル15aによってロボット制御部16が有する第2シリアル通信部161と接続されている。第2シリアル通信部143は、ブリッジ部142から出力される集約データを信号ケーブル15aを介して第2シリアル通信部161に送信する。また、本実施の形態では、第2シリアル通信部143は、図示しない他のインタフェース変換部とデイジーチェイン接続される。   The second serial communication unit 143 is connected to the second serial communication unit 161 included in the robot control unit 16 through a signal cable 15a. The second serial communication unit 143 transmits the aggregated data output from the bridge unit 142 to the second serial communication unit 161 via the signal cable 15a. In the present embodiment, the second serial communication unit 143 is daisy chain connected to another interface conversion unit (not shown).

ロボット制御部16が有する第2シリアル通信部161は、インタフェース変換部14から送信されるデジタルデータを第2のシリアル通信プロトコルに従って受信する。プロセッサ162は、第2シリアル通信部161で受信されたデジタルデータを参照することによって、センサ10a乃至10cにより計測される物理量を認識し、ロボット装置の内部又は外部環境の何らかの状態変化の検出や、アクチュエータに対するフィードバック制御等を実行する。   The second serial communication unit 161 included in the robot control unit 16 receives the digital data transmitted from the interface conversion unit 14 according to the second serial communication protocol. The processor 162 recognizes the physical quantity measured by the sensors 10a to 10c by referring to the digital data received by the second serial communication unit 161, detects some state change in the internal or external environment of the robot apparatus, Performs feedback control for the actuator.

A/D変換部12a乃至12cから送信されるデジタルデータを滞りなくロボット制御部16に転送するために、第2のシリアル通信プロトコルのデータ転送レートは、第1のシリアル通信プロトコルのデータ転送レートより高速であるとよい。   In order to transfer the digital data transmitted from the A / D converters 12a to 12c to the robot controller 16 without delay, the data transfer rate of the second serial communication protocol is higher than the data transfer rate of the first serial communication protocol. It should be fast.

さらに、上述したセンサ計測情報転送システム1では、インタフェース変換部14がA/D変換部12a乃至12bと独立した別個の基板17dに形成されるとともに、A/D変換部12a乃至12cが設けられる基板17a乃至17cと、インタフェース変換部14が設けられる基板17dの間は信号ケーブル13a乃至13cにより接続される。   Further, in the sensor measurement information transfer system 1 described above, the interface conversion unit 14 is formed on a separate substrate 17d independent of the A / D conversion units 12a to 12b, and the substrate on which the A / D conversion units 12a to 12c are provided. The signal cables 13a to 13c are connected between 17a to 17c and the board 17d on which the interface conversion unit 14 is provided.

本実施の形態にかかるセンサ計測情報転送システム1を、ヒューマノイド型のロボット装置に適用する場合の各構成要素の配置例を図2に示す。図2に示すロボット装置2は、体幹部20に頭部21、左腕部22、右腕部23、左脚部24、及び右脚部25が連結された構造を有する。図2の例では、2つのインタフェース変換部14a及び14bを体幹部20の内部に配置している。インタフェース変換部14aは、上半身に設けられたセンサ群の計測情報を集約し、インタフェース変換部14bは、下半身に設けられたセンサ群の計測情報を集約する。   FIG. 2 shows an arrangement example of each component when the sensor measurement information transfer system 1 according to the present embodiment is applied to a humanoid robot apparatus. The robot apparatus 2 shown in FIG. 2 has a structure in which a head portion 21, a left arm portion 22, a right arm portion 23, a left leg portion 24, and a right leg portion 25 are connected to a trunk portion 20. In the example of FIG. 2, two interface conversion units 14 a and 14 b are arranged inside the trunk 20. The interface conversion unit 14a collects measurement information of the sensor group provided in the upper body, and the interface conversion unit 14b collects measurement information of the sensor group provided in the lower body.

左腕部22には、肩関節221に接続された上腕リンク222内に1つのセンサ10とA/D変換部12が配置され、末端の手部223内に2つのセンサ10と1つのA/D変換部12が配置されている。右腕部23にも左腕部22と同様に複数のセンサ10及び複数のA/D変換部12が配置されており、インタフェース変換部14aは、これらの左腕部22及び右腕部23に配置された複数のA/D変換部12から送信されるデジタルデータを集約してロボット制御部16に送信する。   In the left arm portion 22, one sensor 10 and an A / D converter 12 are disposed in an upper arm link 222 connected to the shoulder joint 221, and two sensors 10 and one A / D are disposed in a hand portion 223 at the end. A conversion unit 12 is arranged. A plurality of sensors 10 and a plurality of A / D converters 12 are arranged in the right arm part 23 as well as the left arm part 22, and the interface converter 14 a includes a plurality of sensors arranged in the left arm part 22 and the right arm part 23. The digital data transmitted from the A / D conversion unit 12 is collected and transmitted to the robot control unit 16.

左脚部24には、末端リンクである足平241内に2つのセンサ10と1つのA/D変換部12が配置されている。右脚部25にも左脚部24と同様にセンサ10及びA/D変換部12が配置されており、インタフェース変換部14bは、これらの左脚部24及び右脚部25に配置された複数のA/D変換部12から送信されるデジタルデータを集約してロボット制御部16に送信する。   In the left leg 24, two sensors 10 and one A / D converter 12 are arranged in a foot 241 that is a terminal link. Similarly to the left leg 24, the sensor 10 and the A / D conversion unit 12 are arranged in the right leg 25, and the interface conversion unit 14 b includes a plurality of these arranged in the left leg 24 and the right leg 25. The digital data transmitted from the A / D conversion unit 12 is collected and transmitted to the robot control unit 16.

図1に示したように、本実施の形態では、A/D変換部12a乃至12cを独立した回路としているために、A/D変換部12a乃至12cの回路規模を抑制でき、A/D変換部12a乃至12cの配置自由度を向上させることができる。これにより、センサ10a乃至10cがロボットハンドの指先などのレイアウト制約が大きい場所に配置される場合にも、A/D変換部12a乃至12cをセンサ10a乃至10cの近傍に配置し易くなる。したがって、センサ10a乃至10cとA/D変換部12a乃至12cの間での信号劣化を抑制することができる。   As shown in FIG. 1, in this embodiment, since the A / D converters 12a to 12c are independent circuits, the circuit scale of the A / D converters 12a to 12c can be suppressed, and A / D conversion is performed. The degree of freedom of arrangement of the parts 12a to 12c can be improved. Thereby, even when the sensors 10a to 10c are arranged in a place where layout restrictions are large such as fingertips of the robot hand, the A / D converters 12a to 12c can be easily arranged in the vicinity of the sensors 10a to 10c. Therefore, signal degradation between the sensors 10a to 10c and the A / D converters 12a to 12c can be suppressed.

さらに、本発明の実施の形態では、ロボット制御部16は、インタフェース変換部14との間でデータ通信を行う。つまり、ロボット制御部16がセンサ計測情報を取得するための第2のシリアル通信プロトコルによる通信は、インタフェース変換部14によって終端されている。これにより、ロボット制御部16は、個々のA/D変換部12a乃至12cと直接通信する必要がないため、センサ数の増加によってA/D変換部12の数が増加した場合にも、ロボット制御部16の通信処理に要する処置負荷の増大を抑制することができる。また、第2のシリアル通信プロトコルによる接続機器数の制約は、インタフェース変換部14の数に対して課されるものであり、A/D変換部12の数は直接制約されない。このため、インタフェース変換部14の増設によってセンサ10及びA/D変換部12を容易に増設することが可能になる。   Furthermore, in the embodiment of the present invention, the robot control unit 16 performs data communication with the interface conversion unit 14. That is, the communication by the second serial communication protocol for the robot control unit 16 to acquire the sensor measurement information is terminated by the interface conversion unit 14. As a result, the robot control unit 16 does not need to communicate directly with the individual A / D conversion units 12a to 12c, so that even when the number of A / D conversion units 12 increases due to an increase in the number of sensors, the robot control unit 16 An increase in treatment load required for the communication processing of the unit 16 can be suppressed. In addition, the limitation on the number of connected devices by the second serial communication protocol is imposed on the number of interface conversion units 14, and the number of A / D conversion units 12 is not directly limited. For this reason, it becomes possible to easily add the sensor 10 and the A / D converter 12 by adding the interface converter 14.

なお、上述した発明の実施の形態では、ロボット制御部16が形成される基板17eとインタフェース変換部14が形成される基板17dとを別々の基板とし、これらの間を信号ケーブル13aにより接続する構成を示した。しかしながら、ロボット制御部16と少なくとも1つのインタフェース変換部14は、同一の基板内に形成されてもよい。   In the embodiment of the invention described above, the substrate 17e on which the robot control unit 16 is formed and the substrate 17d on which the interface conversion unit 14 is formed as separate substrates, and these are connected by the signal cable 13a. showed that. However, the robot controller 16 and the at least one interface converter 14 may be formed on the same substrate.

また、上述した発明の実施の形態では、インタフェース変換部14に3つのA/D変換部12a乃至12cが接続される構成を示したが、インタフェース変換部14に接続されるA/D変換部12の数は、他の数でもよいことはもちろんである。   In the embodiment of the invention described above, the configuration in which the three A / D conversion units 12a to 12c are connected to the interface conversion unit 14 is shown. However, the A / D conversion unit 12 connected to the interface conversion unit 14 is shown. Of course, other numbers may be used.

また、上述した発明の実施の形態において、A/D変換部12、インタフェース変換部14及びロボット制御部16を具体的に実現する際の機能分割は任意である。例えば、図1に示したインタフェース変換部14が有する全ての構成要素を1つの汎用プロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、又はFPGA(Field Programmable Gate Array)によって実現してもよい。あるいは、第1シリアル通信部141a乃至141c並びにブリッジ部142を1つのプロセッサとし、第2シリアル通信部143を通信用ICとしてもよい。また、A/D変換部12は、A/D変換回路121と第1シリアル通信部122とを別々のICチップとしてもよいし、アナログI/O及びA/D変換機能を有する1つのマイクロプロセッサICにより実現してもよい。   In the embodiment of the invention described above, the functional division when the A / D conversion unit 12, the interface conversion unit 14, and the robot control unit 16 are specifically realized is arbitrary. For example, all the components included in the interface conversion unit 14 shown in FIG. 1 may be realized by one general-purpose processor, ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or FPGA (Field Programmable Gate Array). Alternatively, the first serial communication units 141a to 141c and the bridge unit 142 may be a single processor, and the second serial communication unit 143 may be a communication IC. In the A / D conversion unit 12, the A / D conversion circuit 121 and the first serial communication unit 122 may be separate IC chips, or one microprocessor having analog I / O and A / D conversion functions. You may implement | achieve by IC.

また、上述した発明の実施の形態において、A/D変換部12a乃至12cとインタフェース変換部14との間の物理的なトポロジは、図1に示したものに限定されない。つまり、図1では、A/D変換部12a乃至12cがそれぞれインタフェース変換部14に一対一で接続されるスター型のトポロジを採用しているが、例えば、インタフェース変換部14とA/D変換部12a乃至12cの間をデイジーチェイン接続により接続してもよい。しかしながら、図1のような一対一の接続形態を採用すれば、第1シリアル通信部122a乃至122cは、第1シリアル通信部141a乃至141cにデータを送信するためのポートのみを有していればよく、デイジーチェイン接続に比べて必要な通信ポート数が少なくて済む。また、第1シリアル通信部122a乃至122cは、各々が対向する第1シリアル通信部141a乃至141cとの間で独立してデータ転送を行えばよく、他のA/D変換部12の送信データを中継するための複雑な制御を必要としない。これにより、第1シリアル通信部122a乃至122cのハードウェア規模及び処理負荷を削減できるため、デイジーチェイン接続を採用する場合に比べて、A/D変換部12の実装スペースを抑制できるという利点がある。   In the embodiment of the invention described above, the physical topology between the A / D converters 12a to 12c and the interface converter 14 is not limited to that shown in FIG. That is, in FIG. 1, the A / D converters 12a to 12c employ a star topology in which the A / D converters 12a to 12c are connected to the interface converters 14 on a one-to-one basis. For example, the interface converter 14 and the A / D converters 12a to 12c may be connected by daisy chain connection. However, if the one-to-one connection form as shown in FIG. 1 is adopted, the first serial communication units 122a to 122c only have ports for transmitting data to the first serial communication units 141a to 141c. Often, fewer communication ports are required than daisy chain connections. The first serial communication units 122a to 122c may perform data transfer independently with the first serial communication units 141a to 141c facing each other, and the transmission data of the other A / D conversion units 12 is transmitted. No complicated control is required for relaying. Thereby, since the hardware scale and processing load of the first serial communication units 122a to 122c can be reduced, there is an advantage that the mounting space of the A / D conversion unit 12 can be suppressed as compared with the case where the daisy chain connection is adopted. .

同様に、インタフェース変換部14とロボット制御部16の間の物理的なトポロジも、図1に示したものに限定されない。例えば、ロボット制御部16と各インタフェース変換部14との間を物理的に一対一で接続してもよい。   Similarly, the physical topology between the interface conversion unit 14 and the robot control unit 16 is not limited to that shown in FIG. For example, the robot controller 16 and each interface converter 14 may be physically connected on a one-to-one basis.

また、上述した発明の実施の形態において、第1のシリアル通信プロトコル及び第2のシリアル通信プロトコルは、IEEE1394やUSB等の規格化された通信プロトコルを用いてもよいし、専用の通信プロトコルを用いてもよい。   In the embodiment of the invention described above, the first serial communication protocol and the second serial communication protocol may use standardized communication protocols such as IEEE 1394 and USB, or use dedicated communication protocols. May be.

さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。   Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention described above.

本発明の実施の形態にかかるセンサ計測情報転送システムの構成図である。It is a lineblock diagram of the sensor measurement information transfer system concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態にかかるセンサ計測情報転送システムの使用例を示す図である。It is a figure which shows the usage example of the sensor measurement information transfer system concerning embodiment of this invention. 従来のセンサ計測情報転送システムの構成図である。It is a block diagram of the conventional sensor measurement information transfer system. 従来のセンサ計測情報転送システムの改良を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the improvement of the conventional sensor measurement information transmission system.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサ計測情報転送システム
2 ロボット装置
10、10a〜10c センサ
11a〜11c 信号ケーブル
12、12a〜12c A/D変換部
121a〜121c A/D変換回路(ADC)
122a〜122c 第1シリアル通信部
13a〜13c 信号ケーブル
14、14a、14b インタフェース変換部
141 第1シリアル通信部
142 ブリッジ部
143 第2シリアル通信部
15a、15b 信号ケーブル
16 ロボット制御部
161 第2シリアル通信部
162 プロセッサ
17a〜17e 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor measurement information transfer system 2 Robot apparatus 10, 10a-10c Sensor 11a-11c Signal cable 12, 12a-12c A / D conversion part 121a-121c A / D conversion circuit (ADC)
122a-122c 1st serial communication part 13a-13c Signal cable 14, 14a, 14b Interface conversion part 141 1st serial communication part 142 Bridge part 143 2nd serial communication part 15a, 15b Signal cable 16 Robot control part 161 2nd serial communication Part 162 processor 17a-17e board

Claims (5)

ロボット装置におけるセンサ計測情報転送システムであって、
前記ロボット装置内に設けられたセンサより送信されるアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータを送信する複数のA/D変換部と、
前記複数のA/D変換部の各々から送信される前記デジタルデータを受信し、前記複数のA/D変換部から受信されたデジタルデータを集約した集約データを送信するインタフェース変換部と、
前記インタフェース変換部から送信される前記集約データを受信し、前記集約データに基づいて前記ロボット装置に対する制御を実行するロボット制御部とを備え、
前記インタフェース変換部は、前記複数のA/D変換部と独立した別個の基板に形成される、センサ計測情報転送システム。
A sensor measurement information transfer system in a robot apparatus,
A plurality of A / D converters that sample and convert analog signals transmitted from sensors provided in the robot apparatus into digital data, and transmit the digital data;
An interface converter that receives the digital data transmitted from each of the plurality of A / D converters and transmits aggregated data obtained by aggregating the digital data received from the plurality of A / D converters;
A robot control unit that receives the aggregated data transmitted from the interface conversion unit and executes control for the robot apparatus based on the aggregated data;
The sensor conversion information transfer system, wherein the interface conversion unit is formed on a separate substrate independent of the plurality of A / D conversion units.
前記インタフェース変換部は、前記ロボット制御部と独立した別個の基板に形成される、請求項1に記載のセンサ計測情報転送システム。   The sensor measurement information transfer system according to claim 1, wherein the interface conversion unit is formed on a separate substrate independent of the robot control unit. 前記複数のA/D変換部の各々と前記インタフェース変換部との間は、信号ケーブルによって一対一で接続される、請求項1に記載のセンサ計測情報転送システム。   The sensor measurement information transfer system according to claim 1, wherein each of the plurality of A / D conversion units and the interface conversion unit are connected one-to-one by a signal cable. 前記ロボット装置は、体幹部と、前記体幹部に連結された少なくとも1つの腕部とを備え、
前記インタフェース変換部は前記体幹部の内部に設けられ、前記複数のA/D変換部は前記腕部の内部に設けられる、請求項1又は2に記載のセンサ計測情報転送システム。
The robot apparatus includes a trunk and at least one arm coupled to the trunk,
The sensor measurement information transfer system according to claim 1, wherein the interface conversion unit is provided in the trunk and the plurality of A / D conversion units are provided in the arm.
アクチュエータと、
計測した物理量に応じたアナログ信号を出力する複数のセンサと、
前記複数のセンサより送信されるアナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータを送信する複数のA/D変換部と、
前記複数のA/D変換部の各々から送信される前記デジタルデータを受信し、前記複数のA/D変換部から受信されたデジタルデータを集約した集約データを送信するインタフェース変換部と、
前記インタフェース変換部から送信される前記集約データを受信し、前記集約データに基づいて前記アクチュエータに対する制御を実行するロボット制御部とを備え、
前記インタフェース変換部は、前記複数のA/D変換部と独立した別個の基板に形成されるとともに、前記A/D変換部が設けられる基板と前記インタフェース変換部が設けられる基板の間は信号ケーブルにより接続される、ロボット装置。
An actuator,
Multiple sensors that output analog signals according to the measured physical quantity,
A plurality of A / D converters for sampling and converting analog signals transmitted from the plurality of sensors into digital data, and transmitting the digital data;
An interface converter that receives the digital data transmitted from each of the plurality of A / D converters and transmits aggregated data obtained by aggregating the digital data received from the plurality of A / D converters;
A robot control unit that receives the aggregated data transmitted from the interface conversion unit and executes control on the actuator based on the aggregated data;
The interface converter is formed on a separate board independent of the plurality of A / D converters, and a signal cable is provided between the board on which the A / D converter is provided and the board on which the interface converter is provided. Connected by a robotic device.
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