JP2012074779A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットなどの関節モジュールを交換するための活線挿抜時に通信エラーを生じない通信システムを提供する
【解決手段】この通信システムの親局は、最上位の子局と物理的に接続し、バスラインにより最上位の子局と電気的に接続し、バスラインを終端し、複数の子局と通信する。またこのシステムの複数の子局の各々は、バスラインを上位局とに接続し、更にバスラインの終端か下位局との接続に切換え、最下位局は、バスラインを終端した状態にあり、また最下位局以外の子局は、バスラインを下位局接続コネクタに接続した状態にあって、最下位局に子局と同機能を有する新子局を挿入する場合には、最下位局の下位局接続コネクタに新子局の上位局接続コネクタが物理的に接続された後、最下位局が親局から挿入指示を受信し、最下位局が、前記バスラインを終端から下位局の上位局接続コネクタに接続すること特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、時分割にデータを送受信する端局を活線挿入、または活線抜去する通信システムに関する。

単純な形状の関節モジュールを多数組み合わせて種々の作業要求への対応を可能とするロボットシステムとして、特許文献１に示されるシステムが従来から知られている。このシステムは、まず機械的および電気的に独立した複数の関節モジュールが組み合わせられて互いに接続される。そしてこのシステムは、関節モジュール内部に備えられた通信手段を用いて動作制御に関わるデータを送受信することで、接続された全体の間接モジュールが動作する。なお、特許文献１の図２に示されるように、関節モジュール内の通信手段は、バスラインに接続された状態で通信が行われる構成をとっている。従って、多数の関節モジュールを組み合わせた場合にも、システムは、共通のバスラインを用いるので内部配線数を増やさずに、また作業内容に応じたロボットシステムを柔軟に構築することができる。また、このロボットシステムは、作業毎に専用のロボットを用意する必要がない。このため、例えば、多品種少量生産の製品組み立て等に用いられる自動機械に適したシステムといえる。

ところで、複数工程からなる作業をこのようなロボットシステムに行わせるには、システムは、各工程に応じた関節モジュール群（ロボットハンド）を複数用意して、工程の完了毎にロボットハンドを交換する必要がでてくる。この交換作業は、安全性と生産性の低下に繋がるため、人手で行うことは避けるべきである。このため、作業内容の変更に応じて、システムが自律的にロボットハンドを交換しながら動作することが強く望まれる。これを実現するためには、システムは、自らのシステム電源を停止することなく、関節モジュールの組み替えを行う活線挿抜機能を備えておく必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載のロボットシステムにおいては、活線挿抜を行う場合、他の関節モジュールで通信エラーが発生し、しかもシステムの誤動作も引き起こしてしまう。この問題の第１の原因は、挿抜時に発生するノイズである。すなわち、バスラインが活線状態となっているときに関節モジュールを挿抜すると、バスラインにノイズが発生する。このノイズが、他の関節モジュールの通信信号に重畳された場合、通信エラーが発生する。

第２の原因は、終端処理が正しく行われないことで通信信号品質が劣化してしまうことである。バス通信においては、伝送路の末端を終端処理することで通信信号の反射を抑制すること必要となる。関節モジュールの挿抜を行うと、末端となる関節モジュールが取り替えられることになるので、それまで末端で行っていた終端処理を、別の関節モジュールに変更する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載のロボットシステムでは、この処理が考慮されていないため、関節モジュールの挿抜時に信号品質が低下し、通信エラーが発生してしまうことが考えられる。

第１の原因に対処する技術として、特許文献２には、時分割でデータを送受信するシステムにおいて、他の通信に影響を与えないタイミングで、挿抜対象とバスラインとの電気的に接続関係を切り換える技術が開示されている。また、第２の原因の対策技術として、特許文献３には、デイジーチェーン接続で構成されるバス通信システムにおいて、最下位局が適応的に伝送路の終端処理を行う技術が開示されている。

特開平０９−０２９６７１号公報 特開平１１−２６１６６７号公報 特開平０４−３２６８３２号公報

特許文献２に開示されている技術は、通信信号を駆動するドライバの発生するノイズを抑制する技術としては有効といえるが、コネクタピンの接続または切断時に発生するノイズを抑制することはできない。このため挿抜を行う場合、バスラインにノイズが乗り、通信エラーを生じてしまうという問題は依然として残っている。さらに、特許文献２のシステムには、挿抜対象とバスラインとの接続切換手段にタイミングを通知するための信号線を別途設ける必要がある。ロボットシステムにおいて、配線数の増加は関節の曲げ自由度を低下させることとなるため、配線数を増やすことは避けるべきである。

また特許文献３に開示されている技術は、活線状態での挿抜は考慮されていないため、挿抜の後、終端処理が切り替わるまでの間、信号品質が著しく低下し、この間に行われる通信にはエラーが生じてしまう。

すなわち、上記した特許文献１から３に開示されている技術を用いたとしても、活線挿抜時に通信エラーが発生するため、システムを動作させながら関節モジュールを自律的に交換できるシステムを実現することが困難である。

従って、本発明は、ロボットなどの関節モジュールを交換するための活線挿抜時に通信エラーを生じない通信システムを提供する。

本発明の通信システムは、係る課題を解決するため、親局と上位から下位に順番に接続された複数の子局との間で送受信を行う通信システムにおいて、前記親局は、前記複数の子局の内、最上位の子局と接続するための子局接続コネクタと、前記最上位の子局と電気的に接続するバスラインと、前記バスラインを終端する親局側終端手段と、前記複数の子局の各々と前記バスラインを通じて通信する通信手段と、を備え、前記複数の子局の各々は、前記バスラインを上位局と接続するための上位局接続コネクタと、前記バスラインを下位局と接続するための下位局接続コネクタと、前記バスラインを終端する子局側終端手段と、前記親局からの指示情報に基づき前記上位局接続コネクタからの前記バスラインを前記下位局接続コネクタまたは子局側終端手段に切換えて接続するスイッチ手段と、を備え、
前記複数の子局の最下位局の前記スイッチ手段は、前記バスラインを前記子局側終端手段に接続した状態にあり、また該最下位局以外の子局のスイッチ手段は、前記バスラインを前記下位局接続コネクタに接続した状態にあって、
前記最下位局に、該子局と同機能を有する新子局を挿入する場合には、前記最下位局の下位局接続コネクタに該新子局の上位局接続コネクタが物理的に接続された後、該最下位局が前記親局から挿入指示を受信し、該最下位局のスイッチ手段が、前記バスラインを前記子局側終端手段から前記下位局接続コネクタへ接続すること特徴とする。

関節モジュールを自律的に交換するロボットシステムにおいて、関節モジュールを交換するための活線挿抜時に通信エラーを生じない通信システムを提供することができる。

ロボットシステム全体の構成を示す図。 フレームの構成を示す図。 スロット情報の割り当てを示す図。 親局の機能構成を示す図。 子局Ｄを挿入する場合のスロット情報の割り当てを示す図。 子局Ｃを抜去する場合のスロット情報の割り当てを示す図。 子局の機能構成を示す図。 子局を挿入する場合のシステムの動作フローを示す図。 子局を抜去する場合のシステムの動作フローを示す図。 複数の子局の挿抜を行うロボットシステムの構成を示す図。 子局の機能構成を示す図。 挿抜の検出を説明する図。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１のロボットなどの通信システムの構成を示す図である。本実施形態では、図１に示すように、親局と上位から下位に複数の子局とが順番に接続されてシステムを構成するものとする。後述するように、親局と複数の子局に備えられた通信手段は、共通バスラインである単一バスラインにより接続される。なお、任意の子局から見て、親局に近い子局を上位局、親局から遠い子局を下位局と呼ぶこととする。

親局２００は、子局Ａ〜子局Ｃに対してモータ制御情報を送信する。親局２００には、子局の上位局接続コネクタ２０１が備えられており、最上位の子局となる子局Ａの上位局接続コネクタ２１１と接続されている。

子局Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれは、ロボットシステムの構成要素である関節モジュールである。子局Ａ、Ｂ、Ｃには、上位局接続コネクタ２１１〜２３１と下位局接続コネクタ２１２〜２３２が備えられており、これらを介して上位局と下位局とに接続される。

子局Ａ、Ｂ、Ｃには、関節を曲げるためのモータ２１３、２２３、２３３と、関節の曲げ角度を検出するための角度センサ２１４、２２４、２３４が接続される。

親局２００の送信するモータ制御情報には、例えばモータ２１３、２２３、２３３に印加する電圧値が含まれる。子局Ａ、Ｂ、Ｃは、受信したモータ制御情報に基づいてモータ２１３、２２３、２３３を駆動する。また、子局Ａ、Ｂ、は、それぞれ角度センサ２１４、２２４、２３４から関節の曲げ角度を取得し、角度情報として親局２００に送信する。親局２００は、受信した角度情報に応じて次のモータ制御情報を生成する。本実施形態では、このような通信、及びモータ制御を一定周期毎に行うことで、システム全体のフィードバック制御を行う。

図２は、端局間の通信に使用されるフレーム構成の一例を示す図である。本実施形態では、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多元接続）方式により、局間で時分割通信が行われる。図２に示すように、一定時間長のフレーム内は一定時間幅のＭ個のタイムスロット０〜Ｍ−１に区切られている。フレーム先頭のタイムスロット０では、親局２００から子局Ａ、Ｂ、Ｃに対して当該フレームのスロット情報が送信される。ここでいうスロット情報とは、どの端局がどのタイムスロットに割り当てられデータの送受信を行うかを示す情報である。本実施形態では、例えば、スロット情報として図３に示す情報が送信される。図３の例では、タイムスロット１〜３は、親局２００から子局Ａ、Ｂ、Ｃへのモータ制御情報送信用に割り当てられている。そして、タイムスロット４〜６のそれぞれは、子局Ａ、Ｂ、Ｃから親局２００への角度情報の送信用に割り当てられている。また、他のタイムスロットは通信の行われない空きスロットとなっている。

図４は、本実施例の親局２００の内部構成を示す図である。モータ制御情報生成部５０１は、システム動作に応じたモータ制御情報を生成する。また、システム動作時に子局Ａ、Ｂ、Ｃから送信される角度情報に応じて、次のモータ制御情報を生成する。

挿抜指示情報生成部５０２は、新規の子局をシステムに挿入する場合に、新規となる子局に隣接する上位局に対して送信する挿入指示情報を生成する。例えば、これまでの子局Ｃまでの構成に子局Ｄを挿入する場合、新規の子局に隣接する上位の子局Ｃに対して送信するための挿入指示情報を生成する。また、子局をシステムの構成から抜去する場合には、抜去する子局に隣接する上位局に対して送信する抜去指示情報を親局２００の挿抜指示情報生成部５０２が生成する。例えば、これまでの子局Ｃまでの構成から子局Ｃを抜去する場合、子局Ｃに隣接する上位の子局Ｂに送信するための抜去指示情報を親局２００の挿抜指示情報生成部５０２が生成する。

スロット情報生成部５０３は、前述のスロット情報を生成する。スロット情報生成部５０３は、挿抜指示情報生成部５０２から挿入指示情報または抜去指示情報が入力された場合、前フレームで空きスロットであったタイムスロットを使用して、挿入指示情報または抜去指示情報が送信されるようスロット情報を生成する。

図５は、図１に示すシステムの子局Ｃまでの構成に新規の子局Ｄを挿入する場合のスロット情報の一例を示す。子局Ｄの挿入時には、図３に示したように前フレームで空きスロットであったタイムスロット７を利用して、親局２００から子局Ｃに挿入指示情報が送信されるようにタイムスロットが割り当てられる。

また、図６は、図１に示すシステムの子局Ｃまでの構成から子局Ｃを抜去する場合のスロット情報の一例である。子局Ｃの抜去時には、図３に示したように前フレームで空きスロットであったタイムスロット７を利用して、親局２００から子局Ｂに抜去指示情報が送信されるようにタイムスロットが割り当てられる。なお、挿入指示情報及び抜去指示情報を送信するために割り当てられるタイムスロットは、タイムスロット７に限定されるものでなく、空きスロット内であればどのタイムスロットでもよい。

送受信タイミング制御部５０４は、スロット情報生成部５０３から入力されるスロット情報に基づき、通信部５０５の通信タイミングを制御する。また、通信部５０５は、送受信タイミング制御部５０４の制御に基づき、モータ制御情報、挿入指示情報または抜去指示情報、スロット情報を通信信号に変換し、子局Ａ、Ｂ、Ｃに送信する。また、子局Ａ、Ｂ、Ｃから送信される角度情報を受信する。

図４に示すように、親局２００は、子局接続コネクタ５０６を介して子局Ａと接続されている。子局接続コネクタ５０６は、通信部５０５と接続されており、親局２００と子局が接続された場合、親局２００の通信部５０５と子局の通信部は、単一のバスラインで接続される構成となっている。なお、終端器５０７は、バスラインの親局側終端を行っている。

本実施形態の子局の説明を行う。図７は、子局Ａの内部の機能構成を示す図である。スロット情報記憶部１０１は、親局２００から受信したスロット情報を記憶し、送受信タイミング制御部１０２とスイッチタイミング制御部１０９にスロット情報を出力する。なお、親局２００からスロット情報が受信されない場合、すなわち子局Ａがバスラインに接続されていない場合には、スロット情報記憶部１０１はスロット情報の出力を停止する。

送受信タイミング制御部１０２は、スロット情報記憶部１０１から入力されるスロット情報に基づいて、子局通信のための通信部１０３の通信タイミングを制御する。通信部１０３は、送受信タイミング制御部１０２の制御に基づいて親局２００への角度情報の送信や、親局２００から送信されるモータ制御情報、挿入指示情報、抜去指示情報、スロット情報などを受信する。モータ駆動部１０４は、親局２００から送信されるモータ制御情報に基づき、外部に接続されたモータを駆動する。角度情報生成部１０５は、外部に接続された角度センサからの曲げ角度を取得し、角度情報を生成する。

子局Ａは、上位局接続コネクタ１０６を介して親局２００に接続され、下位局接続コネクタ１０７を介して子局Ｂに接続されている。スイッチ１０８が、上位局接続コネクタ１０６と下位局接続コネクタ１０７とを接続するよう制御されている場合、親局２００の通信部５０５と子局Ａと子局Ｂの通信部１０３は、単一のバスラインに接続さた状態となる。もし、Ａの子局以外に、接続されている子局がない場合には、子局Ａが最下位局となり、この場合には、スイッチ１０８は、バスラインを終端器１１０に切換えて接続することで、子局側終端を行う。

スイッチ１０８は、スイッチタイミング制御部１０９から出力される接続制御信号に基づいて上位局接続コネクタ１０６を、下位局接続コネクタ１０７と終端器１１０のいずれか一方に、電気的に接続する。スイッチタイミング制御部１０９は、親局２００から挿入指示情報を受信した場合、図３に示す空きスロットのいずれかのタイミングで上位局接続コネクタ１０６と下位局接続コネクタ１０７とが電気的に接続されるようスイッチ１０８に接続制御信号を出力する。また、親局２００から抜去指示情報を受信した場合には、図３に示す空きスロットのいずれかのタイミングで、上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とが電気的に接続されるようスイッチ１０８を制御する。

なお、スイッチタイミング制御部１０９は、スロット情報が入力されず、子局Ａがバスラインに接続されていない場合には、上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０が電気的に接続されるようにスイッチ１０８を制御する。他の子局Ｂ、Ｃの内部の構成や動作も、子局Ａと同様である。従って、子局Ｂ、Ｃの内部の構成や動作の説明は割愛する。

次に、子局の挿抜動作について説明する。まず、単一の子局を挿抜する場合の動作について説明する。これは、例えば作業内容の変更に応じて、関節モジュールの変更を行う場合に想定される動作である。

図８は、新規に子局となる子局Ｄをシステムに挿入する場合の各局の動作フローを示している。本実施形態の挿入動作では、子局Ｄは所定の位置に配置されており、子局Ｃをこの位置まで動作させた場合、適切な機械的保持機構（不図示）により子局Ｃに子局Ｄが挿入される構成をとる。また一般に、挿入される側の子局のスイッチ１０８は、必ず終端器１１０へ接続された状態で、挿入されるものとする。

Ｓ８０１で、最下位子局である子局Ｃに新子局として同機能を有する子局Ｄを挿入する。このときの挿入は、親局の指示に基づいて外部装置により行われても良いし、またユーザのマニュアルにより行われても良い。そして親局が、子局Ｄの挿入を検知、またはユーザからその旨を受信する。子局Ｃのスイッチ１０８は、上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とが電気的に接続されるよう制御される。まだ子局Ｄは電気的に前記バスラインに接続されない。したがって、まず子局Ｄのスイッチ１０８が、上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とが電気的に接続されるよう制御される。また、子局Ｄはバスラインに電気的にまだ接続されないので、子局Ｄの挿入によるノイズなどの影響がバスラインに発生しない。

Ｓ８０２で、親局２００は、子局Ｄの挿入を検知しているので、バスラインに電気的に接続された子局の内、最下位局である子局Ｃ２３０に対して、挿入指示情報を送信する。挿入指示情報は、前述した通り、図５に示すスロットの割り当て情報に基づき送信される。

Ｓ８０３で、子局Ｃが、親局２００から挿入指示情報を受信する。Ｓ８０４で、子局Ｃが、空きスロットのタイミングで、上位局接続コネクタ１０６と下位局接続コネクタ１０７とが電気的に接続されるようにスイッチ１０８を制御する。これにより、子局Ｄがバスラインに接続される最下位局となる。そして子局Ｄの挿入により、終端処理を行う子局が子局Ｃから子局Ｄに変更され、バスラインの終端処理が正しく行われることとなる。従って、子局Ａから子局Ｄのスイッチ１０８の状態を見ると、子局Ｄの最下位局以外の子局では、すべて下位局接続コネクタに接続されている状態となる。

Ｓ８０５で、親局２００は、子局Ｄがバスラインに接続されたことを確認し、動作を終了する。バスラインに接続された子局の確認は、例えば、スイッチ１０８の切り換え制御を行った子局Ｃが、その旨を親局２００に通知することにより行う。この場合、子局Ｃがスイッチ１０８の制御を行った後、親局２００への通知を行う。そして、親局２００は、子局Ｃからの通知を受けて子局Ｄがバスラインに接続されたことを認識する。なお、切り換え制御を行った子局Ｃから親局２００への通知は、割り当てられたタイムスロットを使用するほかに、前フレームで空スロットであったタイムスロットを使用してもよい。

これら各局の動作により、子局Ｄをシステムに挿入する場合、他局の通信が行われない空きスロットのタイミングで、子局Ｄが電気的に接続される。また、子局Ｃに代わり最下位となった子局Ｄにおいて、終端処理が行われることになる。この結果、他局の通信に影響を与えることなく、新規の子局Ｄをシステムに挿入することが可能となる。

続いて、図１に示すシステムから子局Ｃを抜去する場合の各局の動作を、図９の動作フロー図を用いて説明する。本実施形態の抜去動作では、子局Ｃを所定の位置まで移動させた後、適切な機械的保持機構（不図示）により、子局Ｃと隣接する上位子局である子局Ｂから抜去するものとする。

Ｓ９０１で、親局２００は、子局Ｃに隣接する上位局である子局Ｂに抜去指示情報を送信する。抜去指示情報は、前述した通り、図６に示すスロットの割り当て情報に基づき送信される。Ｓ９０２で、子局Ｂは親局２００から抜去指示情報を受信する。Ｓ９０３で、子局Ｂは、図６に示す空きスロット７のタイミングで、スイッチ１０８を上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とが電気的に接続されるよう制御する。これにより、子局Ｃはバスラインから切断されると同時に、終端処理を行う子局は、子局Ｃから子局Ｂに変更され、バスラインの終端処理が正しく行われることになる。Ｓ９０４で、子局Ｃが子局Ｂから物理的に抜去される。子局Ｃの抜去は、親局の指示で外部装置により行われても良いし、ユーザによりマニュアルで行われても良い。

以上のように、これら各局の動作により、子局Ｃをシステムから抜去する場合、他局の通信が行われない空きスロットのタイミングで、子局Ｃが電気的に切断される。そして、バスラインに接続された最下位局となる子局Ｂにおいて終端処理が行われる。この結果、他局の通信に影響を与えることなく、子局をシステムから抜去することが可能となる。なお、子局Ｃの抜去後、抜去された子局Ｃに隣接する上位の子局Ｂが、その旨を親局２００に通知するようにしてもよい。

以下に、複数の子局を同時に挿抜する場合の動作について説明する。これは、例えば図１０に示すように、子局Ｄと子局Ｅとを組み合わせたものを一つのロボットハンドとして用意し、これを作業内容に応じてシステムに挿抜することを想定する。この場合の動作も、図８と図９に示した動作フローの通り行われる。

まず、子局Ｄと子局Ｅをシステムに挿入する場合の動作を説明する。Ｓ９０１で、親局は、外部より最下位局である子局Ｃに、子局Ｄと子局Ｅを追加する指示を受ける。そして、例えば親局の指示で、外部装置により最下位局である子局Ｃに子局Ｄと子局Ｅが物理的に挿入される。ここで、子局Ｄと子局Ｅのスイッチ１０８は、バスラインに接続されていない状態にある。つまり、子局Ｄと子局Ｅのスイッチ１０８の各々は、共に終端器１１０に接続された状態にある。以下に示すステップで、上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とが電気的に接続されるように制御される。

Ｓ９０２で、親局２００は、バスラインに電気的に接続された子局の内、最下位局である子局Ｃに対して、挿入指示情報を送信する。Ｓ９０３で、バスラインに電気的に接続された子局の内、最下位局である子局Ｃは、親局２００から挿入指示情報を受信する。Ｓ９０４で、子局Ｃは、たとえば図５の空きスロット７のタイミングで、スイッチ１０８を上位局接続コネクタ１０６と下位局接続コネクタ１０７とが電気的に接続されるように制御する。これにより、子局Ｃのスイッチ１０８が下位局接続コネクタ１０７に接続され、子局Ｃ２３０のバスラインに子局Ｄ１０１０のバスラインが接続される。また、終端処理を行う子局は、子局Ｃから子局Ｄへと変更される。

Ｓ９０５で、親局２００は、子局Ｄがバスラインに電気的に接続されたことを確認する。そして、親局２００は、子局Ｅがバスラインに電気的にまだ接続されていないことを確認し、ステップＳ９０２に戻り、Ｓ９０２〜Ｓ９０４までのステップの動作が、今度は子局Ｄに対して行われる。これにより、子局Ｅのバスラインと子局Ｄのバスラインとが接続され、子局Ｅで終端処理が行われる。Ｓ９０５で、親局２００は、子局Ｄと子局Ｅがバスラインに電気的に接続されたことを確認し、動作を終了する。

以上のように、複数の新規子局を同時にシステムに挿入する場合においても、他局の通信が行われない空きスロットのタイミングを用いて、新規の子局が電気的に接続される。また、子局Ｃに代わり、最下位局Ｅにおいて終端処理が行われる。この結果、他局の通信に影響を与えることなく、複数の新規子局を同時にシステムに挿入することが可能となることがわかる。

続いて、この状態から子局Ｄと子局Ｅをシステムから同時に抜去する場合の動作を説明する。複数の子局の抜去時には、親局２００は抜去する複数子局の中から、最も上位の子局、子局Ｄを選択する。図９に示した、子局Ｄと子局Ｅの抜去のフローにしたがって説明する。

Ｓ９０１で、親局２００は、子局Ｄに隣接する上位局である子局Ｃに抜去指示情報を送信する。Ｓ９０２で、子局Ｃは、親局２００から抜去指示情報を受信する。Ｓ９０３で、子局Ｃは、たとえば図５の空きスロット７のタイミングで、スイッチ１０８を上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とが電気的に接続されるよう制御する。これにより、バスラインから子局Ｄと子局Ｅが切断されることとなる。また、終端処理を行う子局が、子局Ｅから子局Ｃに移動する。Ｓ９０４で、子局Ｄを子局Ｃ２３０から物理的に抜去する。

以上のように、複数の子局を同時にシステムから抜去する場合においても、他局の通信が行われない空きスロットのタイミングで、子局が電気的に切断される。また、子局Ｅに代わり、最下位局となる子局Ｃにおいて終端処理が行われることとなる。この結果、他局の通信に影響を与えることなく、複数子局を同時にシステムから抜去することが可能となることがわかる。

以上に説明したように、実施形態１の構成をとることで、システムを動作させながら他の子局の通信に対して影響を与えることなく、システムから子局の活線挿抜を行うことが可能となる。これにより、子局であるそれぞれの関節モジュールを自律的に組み替えることが可能な、安全性および生産性の高いロボットシステムを実現することができる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、システム動作中に、例えばユーザが、システムを介さずに子局を物理的に挿抜を行った場合や、故障等により子局に機能が損なわれてしまった場合にでも、他の子局の通信を安定的に行うことが可能なことを説明する。これにより、システムの予期しないタイミングで子局の挿抜が行われた場合においても、誤動作が発生しない安全性の高いロボットシステムを実現できる。

図１１は、本実施形態における子局の内部機能の構成を示している。実施形態１の子局の内部構成を示すブロックには、図１と同じ符号を付し、そのブロックの説明を割愛する。図１１に示すように、挿抜検出部１１０１は、下位局接続コネクタ１０７と下位局のコネクタの接続状態を検出するためのものである。挿抜検出部１１０１は、下位局が挿入されて自局と下位局の通信ラインとが電気的に接続されることにより、下位局の挿入を検出する。また、逆に下位局接続コネクタ１０７から下位局が抜去されると、自局と下位局の通信ラインが電気的に切断される前に、コネクタの機械的な状態を電気的にモニターすることで下位局の抜去を検出する。そして、挿抜検出部１１０１は、挿入検出時には挿入検出信号を、抜去検出時には抜去検出信号をスイッチタイミング制御部１１０２に出力する。

図１２に、以上の挿抜検出を可能とする、上位局接続コネクタ１０６、下位局接続コネクタ１０７および挿抜検出部１１０１の構成が示されている。

図１２で、雄ピン１２０１、１２０２は、下位局接続コネクタ１０７に備えられた通信ライン接続用のピンである。雄ピン１２０１、１２０２は、信号線１２０３、１２０４を介して、スイッチ１０８に接続されている。雄ピン１２０５、１２０６は、下位局接続コネクタ１０７に備えられた挿抜検出用のピンである。雄ピン１２０５、１２０６は、信号線１２０７、１２０８を介して、挿抜検出部１１０１に接続されている。

雌ピン１２０９、１２１０は、上位局接続コネクタ１０６に備えられた通信ライン接続用のピンである。雌ピン１２０９、１２１０は、信号線１２１１、１２１２を介して、スイッチ１０８と通信部１０３に接続されている。雌ピン１２１３、１２１４は、上位局接続コネクタ１０６に備えられた挿抜検出用のピンである。雌ピン１２１３、１２１４は、信号線１２１５を介して接続されている。

挿抜検出部１１０１は、信号線１２０７と信号線１２０８とが短絡状態である場合に、スイッチタイミング制御部１１０２に挿入検出信号を出力する。また、信号線１２０７と信号線１２０８とが開放状態である場合に、スイッチタイミング制御部１１０２に抜去検出信号を出力する。

ここで、図１２に示すように、通信ライン接続用の雄ピン１２０１、１２０２の長さは、挿抜検出用の雄ピン１２０５、１２０６より長く設定されている。このように設定することにより、下位局接続コネクタ１０７に上位局接続コネクタ１０６が挿入される場合、上位局と下位局の通信ラインが接続した後に、信号線１２０７と信号線１２０８は短絡される。一方、下位局接続コネクタ１０７から上位局接続コネクタ１０６が抜去される場合、上位局と下位局の通信ラインが切断される前に、信号線１２０７と信号線１２０８は開放状態となる。この結果、挿抜検出部１１０１は、下位局が挿入される場合、自局と下位局の通信ラインが電気的に接続した後、挿入検出信号を出力することができる。また、挿抜検出部１１０１は、下位局が抜去される場合、自局と下位局の通信ラインが電気的に切断される前に、抜去検出信号を出力することができる。

次に図１１に戻ると、スイッチタイミング制御部１１０２は、実施形態１の動作に加え、挿抜検出部１１０１からの入力に応じて、スイッチ１０８の制御を行う。スイッチタイミング制御部１１０２は、挿抜検出部１１０１から挿入検出信号が入力された場合、親局２００から挿入指示情報を受信した場合と同様にスイッチ１０８を制御する。また、挿抜検出部１１０１から抜去検出信号が入力された場合、親局２００から抜去指示情報を受信した場合と同様にスイッチ１０８を制御する。なお、実施形態１と同様にスロット情報記憶部１０１からスロット情報が入力されない場合、スイッチタイミング制御部１１０２は、上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とが電気的に接続されるようスイッチ１０８を制御する。

次に、図１０に示すシステムの構成において、挿抜検出部１１０１の挿抜検出により、スイッチ１０８の制御が行われる場合の動作について説明する。これは、例えば、ユーザが子局の挿抜を行った場合や、故障等により子局が外れてしまった場合などに、システムが予期しないタイミングで子局の挿抜が行われた場合の動作に該当する。

まず、親局２００から子局Ａ，Ｂ，Ｃまでが接続されたシステムに、子局Ｄと子局Ｅを同時に挿入する場合について説明する。子局Ｄと子局Ｅは、挿入前には、スロット情報記憶部１０１からスロット情報が入力されない。このため、子局Ｄと子局Ｅのスイッチ１０８は、上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とを電気的に接続するよう制御されている。

そして、子局Ｄが子局Ｃに挿入されると、子局Ｃの挿抜検出部１１０１は、挿入検出信号をスイッチタイミング制御部１１０２に出力する。この後、子局Ｃのスイッチ１０８は、空きスロットのタイミングで、上位局接続コネクタ１０６と下位局接続コネクタ１０７とを電気的に接続するように制御される。これにより、子局Ｄはバスラインに電気的に接続され、親局２００からスロット情報を受信できるようになる。

子局Ｄには子局Ｅが挿入されている。従って、子局Ｄのスイッチタイミング制御部１１０２には、挿抜検出部１１０１から挿入検出信号が入力された状態にある。このため、子局Ｄのスイッチタイミング制御部１１０２は、スロット情報が入力されると、例えば図５の空きスロット７のタイミングで、上位局接続コネクタ１０６と下位局接続コネクタ１０７とが電気的に接続されるようにスイッチ１０８を制御する。この結果、子局Ｅ１０２０がバスラインに電気的に接続され、子局Ｄと子局Ｅの挿入動作が完了する。

続いて、この状態から子局Ｄと子局Ｅをシステムから同時に抜去する場合の動作について説明する。子局Ｄを子局Ｃから抜去する場合、子局間の電気的接続が切断される前に、子局Ｃの挿抜検出部１１０１からスイッチタイミング制御部１１０２に抜去検出信号が出力される。そして、子局Ｃのスイッチタイミング制御部１１０２は、空きスロット７のタイミングで、上位局接続コネクタ１０６と終端器１１０とを電気的に接続するようスイッチ１０８を制御する。なお、ここで、スイッチタイミング制御部１１０２は、抜去検出信号が入力されてから、子局Ｃの下位局接続コネクタ１０７と子局Ｄ１０１０の上位局接続コネクタ１０６との電気的接続が切断されるまでにスイッチ１０８の制御を完了しなければならない。すなわち、抜去検出信号が入力されてから電気的接続が切断されるまでの間に空きスロットが存在する必要があるが、これに対してはフレームの時間長を十分短く（例えば、１ｍｓｅｃ等）に設定すれば、実用上、問題無く動作させることが可能である。

以上のような実施形態２における各部の動作により、システム動作中に、ユーザが子局の挿抜を行った場合や、故障等により子局が外れてしまった場合においても、挿抜による影響が他の子局の通信に影響することなく、他の子局は安定した通信を行うことができる。したがって、システムの予期しないタイミングで挿抜が行われた場合に、親局がその検知情報を受信し、システム動作の停止コマンドを子局に送信して、安全にシステムを停止させることが可能となる。

なお、実施形態１と２では、各局間をコネクタで直接縦続接続する形態としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各局間をケーブルによって縦続接続する形態、すなわち、複数局をデイジーチェーン状に接続する通信システムに対しても、本発明は適用可能である。

Claims (6)

1. 親局と上位から下位に順番に接続された複数の子局との間で送受信を行う通信システムであって、
   前記親局は、
   前記複数の子局の内、最上位の子局と接続するための子局接続コネクタと、
   前記最上位の子局と電気的に接続するバスラインと、
   前記バスラインを終端する親局側終端手段と、
   前記複数の子局の各々と前記バスラインを通じて通信する通信手段と、
   を備え、
   前記複数の子局の各々は、
   前記バスラインを上位局と接続するための上位局接続コネクタと、
   前記バスラインを下位局と接続するための下位局接続コネクタと、
   前記バスラインを終端する子局側終端手段と、
   前記親局からの指示情報に基づき前記上位局接続コネクタからの前記電気的に接続されたバスラインを前記下位局接続コネクタまたは子局側終端手段に切換えて接続するスイッチ手段と、
   を備え、
   前記複数の子局の最下位局の前記スイッチ手段は、前記バスラインを前記子局側終端手段に接続した状態にあり、また該最下位局以外の子局のスイッチ手段は、前記バスラインを前記下位局接続コネクタに接続した状態にあって、
   前記最下位局に、該子局と同機能を有する新子局を挿入する場合には、前記最下位局の下位局接続コネクタに該新子局の上位局接続コネクタが物理的に接続された後、該最下位局が前記親局から挿入指示を受信し、該最下位局のスイッチ手段が、前記バスラインを前記子局側終端手段から前記下位局接続コネクタへ接続することを特徴とする通信システム。
2. 前記複数の子局から前記最下位局を抜去する場合には、前記最下位局と隣接する上位子局が前記親局からの抜去指示を受信し、該上位子局のスイッチ手段が前記バスラインを前記下位局接続コネクタから前記子局側終端手段へ接続した後に、該最下位局の上位局接続コネクタが該上位子局の下位局接続コネクタから物理的に抜去されること特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記親局の前記通信手段は、前記複数の子局の各々に対して、時分割で前記挿入指示および前記抜去指示を送信するスロットを生成する生成手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 親局と上位から下位に順番に接続された複数の子局との間で送受信を行う通信システムであって、
   前記親局は、
   前記複数の子局の内、最上位の子局と接続するための子局接続コネクタと、
   前記最上位の子局と電気的に接続するバスラインと、
   前記バスラインを終端する親局側終端手段と、
   前記複数の子局の各々と前記バスラインを介して通信する通信手段と、
   を備え、
   前記複数の子局の各々は、
   前記バスラインを上位局と接続するための上位局接続コネクタと、
   前記バスラインを下位局と接続するための下位局接続コネクタと、
   前記バスラインを終端する子局側終端手段と、
   前記下位局接続コネクタと隣接する子局の上位局接続コネクタとの接続状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段の前記接続状態に従って、前記上位局接続コネクタからの前記バスラインを、前記下位局接続コネクタまたは子局側終端手段に切換えて接続するスイッチ手段と、
   を備え、
   前記複数の子局において、最下位局の前記スイッチ手段は、前記バスラインを前記子局側終端手段に接続した状態であり、また該最下位局以外の子局のスイッチ手段は、前記バスラインを前記下位局接続コネクタに接続した状態であって、
   前記最下位局に、該子局と同機能を有する新子局を挿入する場合に、前記最下位局の検出手段が、下位局接続コネクタに該新子局の上位局接続コネクタが挿入されたことを検出し、該検出に基づいて前記最下位局のスイッチ手段が、前記バスラインを前記子局側終端手段から前記下位局接続コネクタへ接続することを特徴とする通信システム。
5. 前記複数の子局から前記最下位局が抜去される場合に、前記最下位局と隣接する上位子局の前記検出手段が、前記下位局接続コネクタから前記最下位局の上位局接続コネクタが抜去されたことを検出し、該検出に基づいて該上位子局のスイッチ手段が該前記バスラインを前記下位局接続コネクタから前記子局側終端手段へ接続すること特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記複数の子局の各々は、更に親局とバスラインを介して通信する子局通信手段を備え、
   前記複数の子局のいずれかの前記スイッチ手段が接続を変更した場合に、該複数の子局のいずれかの前記子局通信手段が、その旨を前記親局に通知することを特徴とする請求項５に記載の通信システム。

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