JP2019220136A - モーション制御プログラム、モーション制御方法及びモーション制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係るモーション制御システムのシステム構成例を示す図である。モーション制御システム1は、モーション制御装置10と、複数の制御対象装置20とを含む。なお、モーション制御システム1には、必ずしも複数の制御対象装置20が含まれている必要はなく、1つの制御対象装置20のみが含まれる構成としてもよい。
図2は、モーション制御装置10の概要を説明するための図である。制御指示部110は、非リアルタイムOS100上で動作し、制御対象装置20が複数のモーション制御サイクルに渡って行うべき動作を示す制御指令を1又は複数発行することで、制御対象装置20を制御する。制御指示部110は、モーション制御システム1を用いるユーザが作成するプログラムを含んでおり、当該プログラムは、制御対象装置20に対して発行する制御指令、制御指令を発行する順序及びタイミング等が、所定のプログラミング言語を用いて記述されている。ユーザが作成するプログラムの具体例としては、例えば、FAを実現するためのベルトコンベア及びアーム等の制御を行うプログラム、ロボット操作を行うプログラム等が挙げられる。非リアルタイムOS100では、複数の制御指示部110を動作させることが可能である。
図4は、モーション制御装置10のハードウェア構成例を示す図である。モーション制御装置10は、CPU(Central Processing Unit)11、メモリ12、HDD(HardDisk)やSSD(Solid State Drive)等の記憶装置13、有線又は無線通信を行う通信IF(Interface)14、入力操作を受け付ける入力デバイス15、及び情報の出力を行う出力デバイス16を有する。入力デバイス15は、例えば、キーボード、タッチパネル、マウス及び/又はマイク等である。出力デバイス16は、例えば、ディスプレイ及び/又はスピーカ等である。
図5は、モーション制御装置10の機能構成例を示す図である。共有メモリ200は、非リアルタイムOS100側の各機能部とリアルタイムOS300側の各機能部とから共通に参照及び書込み可能なメモリである。共有メモリ200には、操作チャネル、APIチャネル及び状態チャネルに対応するメモリ領域が確保される。制御指示部110及び連携部310は、当該メモリ領域にデータを書き込んだり、当該メモリ領域からデータを読み出したりすることでデータの送受信を行う。
非リアルタイムOS100上では、1以上の制御指示部110、及び1以上のデバイス管理部120が動作する。
リアルタイムOS300上では、連携部310及び定周期処理部360が動作する。
続いて、モーション制御装置10が行う具体的な処理手順について説明する。
図6及び図8は、デバイス作成処理の一例を説明するための図である。また、図7及び図9は、デバイス作成処理が行われる際に生成される各種管理情報の一例を説明するための図である。図6〜図9を用いて、制御指示部110が、ユーザ操作により、制御指示部(1)110−1、制御指示部(2)110−2の順に起動された場合に、各々が実行するデバイス作成処理について説明する。
最初に、デバイス作成処理を説明するにあたり前提とする条件について説明する。図6〜図9において、制御指示部(1)110−1は、制御指令ライブラリ1121Aが提供するAPI関数を呼び出すものとする。同様に、制御指示部(2)110−2は、制御指令ライブラリ1121A、制御指令ライブラリ1121B及び制御指令ライブラリ1121Cがそれぞれ提供するAPI関数を呼び出すものとする。
図6及び図7を用いて、制御指示部(1)が行うデバイス作成処理を説明する。ユーザ操作により制御指示部(1)110−1が起動されると、ユーザ作成プログラム111−1は、制御対象装置20へのモーション制御を開始する準備を行うことの準備指示(以下、「デバイス作成要求」と言う。)を指令受付部112−1に通知する。当該通知は、具体的には、ユーザ作成プログラム111−1がデバイスの作成を指示するAPI関数を呼び出すことで行われる。続いて、指令受付部112−1は、IF(N側)部113−1に、デバイス作成要求を通知する(S100)。デバイス作成要求には、ユーザ作成プログラム111−1が発行する(後述する「モーション制御処理」にて発行予定である)制御指令を処理する制御指令モジュール370のモジュール識別子(制御指令モジュールA)が含まれる。また、指令受付部112−1は、ステップS100の処理手順の前又は後で、デバイス管理部120−1を起動する。
図8及び図9を用いて、制御指示部(2)が行うデバイス作成処理を説明する。ユーザの操作により制御指示部(2)110−2が起動されると、ユーザ作成プログラム111−2は、デバイス作成要求を指令受付部112−2に通知する。指令受付部112−2は、IF(N側)部113−2に、デバイス作成要求を通知する(S150)。デバイス作成要求には、ユーザ作成プログラム111−2が発行する(後述する「モーション制御処理」にて発行予定である)制御指令を処理する制御指令モジュール370のモジュール識別子(制御指令モジュールA、制御指令モジュールB及び制御指令モジュールC)が含まれる。また、指令受付部112−2は、ステップS100の処理手順の前又は後で、デバイス管理部120−2を起動する。
続いて、モーション制御装置10が制御対象装置20をモーション制御する際の処理手順について具体的に説明する。
以下の説明では、制御指示部110が、PTP制御を実行可能な制御指令モジュール370Aを使用し、軸1に対応する制御対象装置(軸1)20−1及び軸2に対応する制御対象装置(軸2)20−2に対してモーション制御を行うものとするまた、制御指示部110が生成したデバイスのデバイス識別子はD1であり、当該デバイスに対応するAPIチャネル識別子はAPIチャネル1であるものとする。また、APIチャネル1及び制御指令モジュール370Aに対応する状態チャネルAは既に生成されているものとする。また、以下の説明において、制御指示部110は、PTP制御に関するAPI関数を呼び出すことで、軸1及び軸2の2軸を同時に制御するものとする。
まず、ユーザ作成プログラム111は、APIバッファ340の作成を指示するAPI関数を呼び出す。当該API関数が呼び出されると、指令受付部112は、APIバッファの作成をIF(N側)部113に通知する(S200)。当該通知には、作成するAPIバッファ340に対応するAPIバッファ識別子が含まれる。APIバッファ識別子はどのように決定されてもよいが、例えば、ステップS200の処理手順を行う前に、例えばメイン処理部320から払い出されることとしてもよい。ここではAPIバッファ識別子は「1」であると仮定する。
次に、図11を用いて、APIバッファ340にキューイングされたAPI情報に従って、制御対象装置(軸1)20−1及び制御対象装置(軸2)20−2を制御する際の処理手順について説明する。
[制御指示部のクラッシュ]
次に、制御指示部110が何らかの理由でクラッシュした際に行われる処理手順について説明する。デバイス管理部120は、制御指示部110が生存(動作)していることを定期的に監視し、制御指示部110が生存している間、制御指示部110が生存していることを示す生存報告をAPIチャネルに書き込む。IF(R側)部321は、各制御指示部110が生存していることを示す生存報告の有無を、各APIチャネルを参照することで周期的に取得し、生存報告が所定の期間の間なされていない場合、生存報告が報告されなかった制御指示部110に対応するAPIチャネルを破棄(消去)する(当該APIチャネルのメモリ領域を解放する)。以下、図を用いて制御指示部がクラッシュした際の処理手順を具体的に説明する。
連携部310がクラッシュした場合、IF(R側)部321は、自身が記憶しているデバイス管理情報(図9(b)、状態チャネル管理情報(図9(c))及びアドレス管理情報(図9(e))を失ってしまうことになる。これらの情報を失ってしまうと、IF(R側)部321は、各チャネルにアクセスすることが出来なくなる。
モーション制御装置10は、通信インターフェース規格が異なる複数の制御対象装置20を同時に制御することができる。このような制御を実現するために、IF部380のメモリ領域381では、共通信号フォーマットに従った補間指令値及びフィードバック情報を保持する。共通信号フォーマットはどのようなフォーマットであってもよいが、複数の通信インターフェース規格との間で相互に変換(プロトコル変換)可能なように、当該複数の通信インターフェース規格の必須項目を全て含有するフォーマットであることが望ましい。
以上、実施形態に係るモーション制御装置10について説明した。制御対象装置20に対してモーション制御を行う場合、複数の制御対象装置20を同期させながら高精度に動作させるためには、モーション制御サイクル(例えば1msごとや0.5ms)ごとに補間指令を制御対象装置20に送信し続けることが必要である。Windows(登録商標)のような非リアルタイムOS100では、OS自身が行うバックグラウンド処理等の影響により処理負荷が高くなると、実行中であるプログラムの動作速度が遅くなってしまうことから、1msや0.5msといった周期で補間指令を制御対象装置20に送信し続けることは困難である。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態で説明したフローチャート、シーケンス、実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
Claims (9)
- 非リアルタイムOS及びリアルタイムOSがインストールされ、制御対象装置をモーション制御するためのコンピュータで実行されるモーション制御プログラムであって、
前記コンピュータを、
前記非リアルタイムOS上で動作する受付部と、
前記リアルタイムOS上で動作する格納部と、
前記リアルタイムOS上で動作する指令処理部と、
前記リアルタイムOS上で動作する定周期処理部と、
して機能させ、
前記受付部は、前記制御対象装置を制御するユーザ作成プログラムから、前記制御対象装置が複数のモーション制御サイクルに渡って行うべき動作を示す制御指令を受け付け、受け付けた制御指令の内容を示す制御指令情報を、前記非リアルタイムOS及び前記リアルタイムOSから参照可能な共有メモリに確保される制御指令用チャネルに格納し、
前記格納部は、前記制御指令用チャネルから前記制御指令情報を取得して、取得した前記制御指令情報を、FIFOキューに格納し、
前記指令処理部は、前記FIFOキューから前記制御指令情報を取出して前記定周期処理部に渡す、取出し処理を行い、
前記定周期処理部は、前記指令処理部から渡される前記制御指令情報に基づいて、前記制御対象装置に対して前記モーション制御サイクルごとに実行させるべき動作を示す補間指令を前記モーション制御サイクルごとに送信することで、前記制御対象装置をモーション制御する、
モーション制御プログラム。 - 前記コンピュータを、更に、
前記リアルタイムOS上で動作し、前記受付部からの指示を受けた場合に、前記共有メモリに前記制御指令用チャネルを確保するチャネル管理部と、
して機能させる、
請求項1に記載のモーション制御プログラム。 - 前記受付部は、前記ユーザ作成プログラムから、前記制御対象装置へのモーション制御を開始するための準備を行うことの指示を受けた場合に、前記チャネル管理部に対して、前記制御指令用チャネルの確保を指示する、
請求項2に記載のモーション制御プログラム。 - 前記コンピュータを、更に、
前記リアルタイムOS上で動作し、前記受付部からの指示を受けた場合に、前記リアルタイムOSのメモリ領域に前記FIFOキューを生成するキュー生成部と、
して機能させる、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のモーション制御プログラム。 - 前記受付部は、前記ユーザ作成プログラムから前記FIFOキューの生成を行うことの指示を受け付けた場合、前記キュー生成部に対して、前記FIFOキューの生成を指示する、
請求項4に記載のモーション制御プログラム。 - 前記受付部は、前記ユーザ作成プログラムから、前記取出し処理を開始すべきことを前記指令処理部に指示し、
前記指令処理部は、前記指示を受けた場合に、前記FIFOキューに格納される前記制御指令情報を取得して前記定周期処理部に渡す、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のモーション制御プログラム。 - 前記定周期処理部は、前記制御対象装置から取得した、前記制御対象装置の状態を示すフィードバック情報を、前記共有メモリに確保される状態チャネルに格納し、
前記受付部は、前記ユーザ作成プログラムから指示を受けた場合に、前記状態チャネルから前記フィードバック情報を取得して前記ユーザ作成プログラムに渡す、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のモーション制御プログラム。 - 非リアルタイムOS及びリアルタイムOSがインストールされ、制御対象装置をモーション制御するためのモーション制御装置が行うモーション制御方法であって、
前記モーション制御装置は、
前記非リアルタイムOS上で動作する受付部と、
前記リアルタイムOS上で動作する格納部と、
前記リアルタイムOS上で動作する指令処理部と、
前記リアルタイムOS上で動作する定周期処理部と、
を有し、
前記受付部が、前記制御対象装置を制御するユーザ作成プログラムから、前記制御対象装置が複数のモーション制御サイクルに渡って行うべき動作を示す制御指令を受け付け、受け付けた制御指令の内容を示す制御指令情報を、前記非リアルタイムOS及び前記リアルタイムOSから参照可能な共有メモリに確保される制御指令用チャネルに格納するステップと、
前記格納部が、前記制御指令用チャネルから前記制御指令情報を取得して、取得した前記制御指令情報を、FIFOキューに格納するステップと、
前記指令処理部が、前記FIFOキューから前記制御指令情報を取出して前記定周期処理部に渡すステップと、
前記定周期処理部が、前記指令処理部から渡される前記制御指令情報に基づいて、前記制御対象装置に対して前記モーション制御サイクルごとに実行させるべき動作を示す補間指令を前記モーション制御サイクルごとに送信することで、前記制御対象装置をモーション制御するステップと、
を含むモーション制御方法。 - 非リアルタイムOS及びリアルタイムOSがインストールされ、制御対象装置をモーション制御するためのモーション制御装置であって、
前記非リアルタイムOS上で動作する受付部と、
前記リアルタイムOS上で動作する格納部と、
前記リアルタイムOS上で動作する指令処理部と、
前記リアルタイムOS上で動作する定周期処理部と、
を有し、
前記受付部は、前記制御対象装置を制御するユーザ作成プログラムから、前記制御対象装置が複数のモーション制御サイクルに渡って行うべき動作を示す制御指令を受け付け、受け付けた制御指令の内容を示す制御指令情報を、前記非リアルタイムOS及び前記リアルタイムOSから参照可能な共有メモリに確保される制御指令用チャネルに格納し、
前記格納部は、前記制御指令用チャネルから前記制御指令情報を取得して、取得した前記制御指令情報を、FIFOキューに格納し、
前記指令処理部は、前記FIFOキューから前記制御指令情報を取出して前記定周期処理部に渡す、取出し処理を行い、
前記定周期処理部は、前記指令処理部から渡される前記制御指令情報に基づいて、前記制御対象装置に対して前記モーション制御サイクルごとに実行させるべき動作を示す補間指令を前記モーション制御サイクルごとに送信することで、前記制御対象装置をモーション制御する、
モーション制御装置。
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