JP2022043871A - 制御装置、制御システムおよびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な制御をより簡単な構成で実現できるとともに、プログラム開発を容易化することが可能な構成を提供する。【解決手段】制御対象を制御するための制御装置は、シーケンス命令を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジンと、ロボットを制御するためのロボットコントロールエンジンと、カメラからの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジンと、ユーザ設定に従って構築される、制御対象と、ロボットと、カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュールとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、制御対象を制御するための制御装置、制御対象を制御するための制御システム、および当該制御装置を実現するためのプログラムに関する。

ＦＡ（Factory Automation）分野においては、視覚センサにより対象物を検出し、その検出結果に基づいてモータやロボットなどを制御するシステムが実現されている。

例えば、特開２０１９－２１５６３５号公報（特許文献１）は、対象物を高精度に位置決めできる制御システムを開示する。この制御システムは、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）などにより構成されるモーションコントローラと視覚センサとから構成される。

特開２０１９－２１５６３５号公報

上述の先行技術文献においては、モーションコントローラと視覚センサとは互いに独立した構成となっており、両者は、任意のインターフェイスを介してデータをやり取りする。複数の装置がインターフェイスを介してデータをやり取りする構成を採用した場合には、伝送遅延などが相対的に大きく、高速な制御の実現を阻害する可能性がある。

本発明は、このような従来構成に対して、複雑な制御をより簡単な構成で実現できるとともに、プログラム開発を容易化することが可能な構成を提供することを目的とする。

本発明のある実施の形態によれば、制御対象を制御するための制御装置が提供される。制御装置は、シーケンス命令を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジンと、ロボットを制御するためのロボットコントロールエンジンと、カメラからの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジンと、ユーザ設定に従って構築される、制御対象と、ロボットと、カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュールとを含む。

この構成によれば、制御対象が存在しないような場合でも、模擬モジュールを適用することで、ＰＬＣエンジン、ロボットコントロールエンジンおよび画像処理エンジンの処理を確認および検証できる。これによって、制御装置で実行されるプログラム開発を容易化できる。

また、この構成によれば、ＰＬＣエンジン、ロボットコントロールエンジンおよび画像処理エンジンを任意に組み合わせた処理によって制御対象を制御できる。

制御装置は、ＰＬＣエンジン、ロボットコントロールエンジンおよび画像処理エンジンの処理結果に基づいて、制御対象の状態を仮想空間で視覚化するビジュアライザをさらに含んでいてもよい。この構成によれば、制御対象の一部または全部が存在しない場合であっても、制御対象の状態を確認できる。

模擬モジュールは、ビジュアライザによって視覚化された仮想空間における衝突検知の結果を利用して実現されてもよい。この構成によれば、仮想空間に再現された状態を利用して、任意の制御対象を模擬できる。

模擬モジュールは、制御対象に含まれる装置または設備の挙動を模擬するエミュレータを用いて実現されてもよい。この構成によれば、エミュレータを採用することで、任意の装置または設備の挙動を模擬できる。

模擬モジュールは、制御対象に含まれる物体の物理的な動作を模擬するシミュレータを用いて実現されてもよい。この構成によれば、シミュレータを用いることで、制御対象に含まれる物体の物理的な動作を反映した模擬モジュールを提供できる。

制御装置は、ＰＬＣエンジン、ロボットコントロールエンジンおよび画像処理エンジンのいずれかに関連付けられるデバイスを、現実のデバイスおよび仮想のデバイスを含む候補から任意に選択するユーザインターフェイスと、仮想のデバイスが選択されると、当該選択された仮想のデバイスに対応する模擬モジュールを構築する構築手段とをさらに含む。この構成によれば、ユーザは、制御装置に関連付けるデバイスを任意に選択できる。

ＰＬＣエンジンは、ロボットを駆動する１または複数のモータを制御するモーション制御命令をサイクリック実行し、ロボットコントロールエンジンは、ロボットプログラムに従って、ロボットを制御するための命令を順次生成するようにしてもよい。この構成によれば、ロボットコントロールエンジンが制御するロボットに加えて、別の制御方式のロボットも制御できる。

制御装置は、共通のハードウェアリソースを管理するハイパーバイザをさらに含んでいてもよい。ハイパーバイザは、リアルタイムＯＳおよび汎用ＯＳの実行環境を提供してもよい。ＰＬＣエンジンは、リアルタイムＯＳ上で実行されてもよい。ロボットコントロールエンジンおよび画像処理エンジンは、汎用ＯＳで実行されてもよい。この構成によれば、共通のハードウェアリソースを利用して、複数種類の処理を組み合わせて実現できる。

本発明の別の実施の形態によれば、制御対象を制御するための制御システムが提供される。制御システムは、シーケンス命令を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジンと、ロボットを制御するためのロボットコントロールエンジンと、カメラからの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジンとを含む制御装置と、ユーザ設定に従って、制御対象と、ロボットと、カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュールを構築するとともに、当該構築した模擬モジュールを制御装置へ提供するサポート装置とを含む。

本発明のさらに別の実施の形態によれば、制御対象を制御するための制御装置を実現するためのプログラムが提供される。プログラムはコンピュータを、シーケンス命令を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジンと、ロボットを制御するためのロボットコントロールエンジンと、カメラからの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジンと、ユーザ設定に従って構築される、制御対象と、ロボットと、カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュールとして機能させる。

本発明によれば、複雑な制御をより簡単な構成で実現できるとともに、プログラム開発を容易化することが可能な構成を提供できる。

本実施の形態に係る制御装置の適用例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムの構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムを構成する制御装置のハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムを構成するサポート装置のハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムを構成する制御装置に実現されるソフトウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムを構成する制御装置に実現されるソフトウェア構成の要部を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムの制御対象の一例を示す模式図である。 図７に示すコンベアシステムにおける処理手順を示すフローチャートである。 図７に示すコンベアシステムにおける処理を実現するための制御装置に実現されるソフトウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムに実装されるビジュアライザのより詳細な構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システムに実装されるビジュアライザが提供する再現画像の一例を示す模式図である。 図７に示すコンベアシステムが実在しない場合であっても制御装置における処理を実行するためのソフトウェア構成例を示す模式図である。 図１２に示すビジュアライザによる衝突検出を行うための仮想オブジェクトの設定例を示す模式図である。 図７に示すコンベアシステムにおいて産業用ロボットが配置されていない状態でユーザプログラムを実行する場合を説明するための図である。 図１４に示す状態を実現するためのソフトウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御システムにおいて提供されるユーザプログラムに係る設定画面の一例を示す図である。 本実施の形態に従う制御システムにおけるユーザプログラムの開発処理の概略処理を示すフローチャートである。

本発明の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。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜Ａ．適用例＞
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。本実施の形態に係る制御装置は、様々な処理ロジックを組み合わせて様々なデバイスを制御できる。

図１は、本実施の形態に係る制御装置１００の適用例を示す模式図である。図１を参照して、制御装置１００は、任意の制御対象４を制御する。

本明細書において、「制御対象」は、何らかの物を生産等するための装置や設備に限らず、制御装置１００に対して任意の情報を提供する任意の装置、および、制御装置１００からの指令が出力される先の任意の装置を含む。すなわち、「制御対象」は、制御装置１００における制御演算に関連する任意の装置を含み得る。

図１（Ａ）に示すように、制御装置１００は、ＰＬＣエンジン１３６と、ロボットコントロールエンジン１４２０と、画像処理エンジン１４２２とを含む。

ＰＬＣエンジン１３６は、ＰＬＣとしての典型的な機能を提供するモジュールであり、シーケンス命令を含むプログラムをサイクリック実行する。

ロボットコントロールエンジン１４２０は、ロボットコントローラとしての機能を提供するモジュールであり、ロボットを制御するための処理を実行する。

画像処理エンジン１４２２は、画像処理装置としての機能を提供するモジュールであり、カメラからの画像に対して画像処理を実行する。

ＰＬＣエンジン１３６、ロボットコントロールエンジン１４２０および画像処理エンジン１４２２は、データを交換可能になっている。

図１（Ａ）には、制御装置１００が現実の制御対象４を制御している状態を示す。ＰＬＣエンジン１３６、ロボットコントロールエンジン１４２０および画像処理エンジン１４２２は、必要に応じてデータを交換しつつ、制御対象４を制御する。

このように、本実施の形態に従う制御装置１００は、複数種類の制御機能を有しており、制御をより簡単な構成で実現できる。

なお、制御装置１００が制御する設備や機械を構築中の段階においては、制御対象４の一部がまだ用意できないような状態も存在し得る。このような場合であっても、本実施の形態に従う制御装置１００は、模擬モジュール１４８を利用することで、現実の制御対象が存在しているのと同様の状態で、処理を実行することができる。

図１（Ｂ）には、制御対象４の一部に代えて、模擬モジュール１４８を実装した構成例を示す。模擬モジュール１４８は、制御対象４と、ロボットと、カメラとのうち少なくとも一部を模擬する。模擬モジュール１４８は、ユーザ設定に従って任意に構築される。模擬モジュール１４８が模擬する対象は、いずれであってもよい。

このような模擬モジュール１４８を任意に実装することで、制御対象４のすべてが利用できなくても、制御装置１００で実行されるプログラムの挙動などを確認できる。このような機能によって、制御装置１００で実行されるプログラムの開発を容易化できる。

＜Ｂ．制御システムの構成例＞
図２は、本実施の形態に係る制御システム１の構成例を示す模式図である。図２を参照して、本実施の形態に係る制御システム１の構成例について説明する。

制御システム１は、１つの制御装置で様々なデバイスを制御する統合型のシステムである。より具体的には、制御システム１は、統合的な制御を実現するための制御装置１００を含む。制御装置１００は、制御対象を制御するための装置であり、典型的には、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、産業用パソコン）を用いて実現される。

制御システム１は、制御装置１００と産業用のネットワークであるフィールドネットワーク１４を介して接続される１または複数のデバイスをさらに含む。フィールドネットワーク１４のプロトコルの一例として、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）を採用してもよい。

図２に示す制御システム１は、デバイスの一例として、カスタムロボット５５０を構成するサーボドライバ５００と、産業用ロボット６５０を制御するためのロボットコントローラ６００と、安全コントローラ７００と、ＩＯユニット８００とを含む。

安全コントローラ７００には、ライトカーテンなどの安全デバイス７５０が電気的に接続されており、ＩＯユニット８００には、任意のセンサおよび／または任意のアクチュエータが電気的に接続されている。

制御装置１００は、上位ネットワーク１２を介して、サポート装置２００と、表示装置３００と、サーバ装置４００と接続されている。上位ネットワーク１２は、ネットワークハブ１０を用いて分岐したトポロジーを実現してもよい。上位ネットワーク１２のプロトコルの一例として、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰなどの産業用のイーサネット（登録商標）を採用してもよい。

制御装置１００は、画像処理用のカメラ２０と接続されている。後述するように、制御装置１００は、カメラ２０により撮像された画像を処理する機能を有していてもよい。

このように、本実施の形態によれば、１つの制御装置１００で様々なデバイスを制御する統合型の制御システム１を提供できる。

＜Ｃ．ハードウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る制御システム１を構成する各装置のハードウェア構成の一例について説明する。

（ｃ１：制御装置１００）
図３は、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００のハードウェア構成例を示す模式図である。図３を参照して、制御装置１００は、プロセッサ１０２と、メインメモリ１０４と、入力部１０６と、表示部１０８と、ストレージ１１０と、通信コントローラ１１２，１１４と、光学ドライブ１１６と、メモリカードインターフェイス１２０と、ＵＳＢコントローラ１２４とを含む。これらのコンポーネントは、プロセッサバス１２８を介して接続されている。

プロセッサ１０２は、制御演算を実行する演算処理部に相当し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで構成される。具体的には、プロセッサ１０２は、ストレージ１１０に格納されたプログラムを読出して、メインメモリ１０４に展開して実行することで、制御対象に応じた制御演算、および、後述するような各種処理を実現する。

メインメモリ１０４は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ１１０は、例えば、ＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性記憶装置などで構成される。

入力部１０６は、キーボードやマウスなどで構成され、ユーザ操作を受け付ける。

表示部１０８は、ディスプレイや各種インジケータなどで構成され、プロセッサ１０２からの処理結果などを出力する。

ストレージ１１０には、基本的な機能を実現するためのＯＳ（Operating System）１１０２と、ＰＬＣエンジンプログラム１１０４と、アプリケーションエンジンプログラム１１０６と、ユーザプログラム１１０８と、プログラム実行設定１１１０とが格納される。ＯＳ１１０２は、後述するような仮想環境を実現するためのハイパーバイザ、ＲＴＯＳ（Real Time Operating System）、および汎用ＯＳを含んでいてもよい。ＰＬＣエンジンプログラム１１０４は、ＰＬＣに相当する実行環境を提供する。アプリケーションエンジンプログラム１１０６は、任意のアプリケーションプログラムを実行するための環境を提供する。

ＯＳ１１０２、ＰＬＣエンジンプログラム１１０４およびアプリケーションエンジンプログラム１１０６は、制御装置１００を実現するための主たるプログラムに相当する。

ユーザプログラム１１０８は、ロボット制御や視覚センサに係る処理を実現するためのアプリケーションプログラムと、シーケンス命令および／またはモーション制御命令を含むＰＬＣプログラムとを含んでいてもよい。ＰＬＣプログラムは、ＩＥＣ６１１３１－３準拠した形式で記述されてもよく、そのため、以下では、ＰＬＣエンジンで実行されるプログラムを「ＩＥＣプログラム」とも称する。なお、本明細書において、「ＩＥＣプログラム」は、ＩＥＣ６１１３１－３準拠しない形式で記述されたプログラムも含み得る。

プログラム実行設定１１１０は、ユーザプログラム１１０８を実行するための環境などを規定する設定値を含む。後述するように、プログラム実行設定１１１０は、制御対象の一部または全部を模擬する模擬モジュール１４８の有効化／無効化ならびに各エンジンとの接続関係などを規定する。

通信コントローラ１１２，１１４は、任意のネットワークを介して、任意の情報処理装置との間でデータをやり取りする。図２に制御システム１においては、通信コントローラ１１２は、上位ネットワーク１２を介したデータ通信を担当し、通信コントローラ１１４は、フィールドネットワーク１４を介したデータ通信を担当する。

光学ドライブ１１６は、コンピュータ読取可能なプログラムを非一過的に格納する記憶媒体１１８（例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記憶媒体）から任意のデータを読み取り、および、任意のデータを記憶媒体１１８に書き込むことができる。

メモリカードインターフェイス１２０は、着脱可能な記憶媒体の一例であるメモリカード１２２を受け付ける。メモリカードインターフェイス１２０は、メモリカード１２２から任意のデータを読み取り、および、任意のデータをメモリカード１２２に書き込むことができる。

ＵＳＢコントローラ１２４は、ＵＳＢ接続を介して、任意の情報処理装置との間でデータをやり取りする。

（ｃ２：サポート装置２００）
図４は、本実施の形態に係る制御システム１を構成するサポート装置２００のハードウェア構成例を示す模式図である。図４を参照して、サポート装置２００は、一例として、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコン）を用いて実現される。

サポート装置２００は、制御システム１に含まれる各デバイスに対する設定および各デバイスで実行されるプログラムの作成が統合的に可能な統合開発環境を提供する。統合開発環境においては、制御装置１００、表示装置３００、サーボドライバ５００、ロボットコントローラ６００、安全コントローラ７００などに向けられた設定、プログラムの作成、およびデバッグなどが可能になっている。

図４を参照して、サポート装置２００は、プロセッサ２０２と、メインメモリ２０４と、入力部２０６と、表示部２０８と、ストレージ２１０と、通信コントローラ２１２と、光学ドライブ２１６と、ＵＳＢコントローラ２２４とを含む。これらのコンポーネントは、プロセッサバス２２８を介して接続されている。

プロセッサ２０２は、ＣＰＵやＧＰＵなどで構成され、ストレージ２１０に格納されたプログラム（一例として、ＯＳ２１０２および開発プログラム２１０４）を読出して、メインメモリ２０４に展開して実行することで、後述するような各種処理を実現する。

メインメモリ２０４は、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ２１０は、例えば、ＨＤＤやＳＳＤなどの不揮発性記憶装置などで構成される。

ストレージ２１０には、基本的な機能を実現するためのＯＳ２１０２、および、統合開発環境を実現するための開発プログラム２１０４などが格納される。

開発プログラム２１０４は、プロセッサ２０２により実行されることで、統合開発環境を提供する。開発プログラム２１０４は、選択された仮想のデバイスに対応する模擬モジュール１４８を構築する構築モジュール２１０５を含む。模擬モジュール１４８の構築に係る処理については、後述する。

入力部２０６は、キーボードやマウスなどで構成され、ユーザ操作を受け付ける。

表示部２０８は、ディスプレイや各種インジケータなどで構成され、プロセッサ２０２からの処理結果などを出力する。

通信コントローラ２１２は、任意のネットワークを介して、任意の情報処理装置との間でデータをやり取りする。図２に制御システム１においては、通信コントローラ２１２は、上位ネットワーク１２を介したデータ通信を担当する。

光学ドライブ２１６は、コンピュータ読取可能なプログラムを非一過的に格納する記憶媒体２１８（例えば、ＤＶＤなどの光学記憶媒体）から任意のデータを読み取り、および、任意のデータを記憶媒体２１８に書き込むことができる。

ＵＳＢコントローラ２２４は、ＵＳＢ接続を介して、任意の情報処理装置との間のデータをやり取りする。

コンピュータ読取可能なプログラムを非一過的に格納する記憶媒体２１８から、その中に格納されたプログラムが読み取られてストレージ２１０などにインストールされてもよい。あるいは、サポート装置２００で実行される各種プログラムは、ネットワーク上のサーバ装置などからダウンロードする形でインストールするようにしてもよい。また、本実施の形態に係るサポート装置２００が提供する機能は、ＯＳが提供するモジュールの一部を利用する形で実現される場合もある。

なお、制御システム１の稼動中において、サポート装置２００は、制御装置１００から取り外されていてもよい。

（ｃ３：表示装置３００）
本実施の形態に係る制御システム１を構成する表示装置３００は、ＨＭＩ（Human Machine Interface）やＰＴ（Programmable Terminal）とも称され、制御装置１００が保持する情報を参照して監視操作画面を提供するとともに、ユーザ操作に対応する指示を制御装置１００へ送出する。

表示装置３００は、一例として、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコン）を用いて実現される。基本的なハードウェア構成例は、図４に示すサポート装置２００のハードウェア構成例と同様であるので、ここでは詳細な説明は行わない。

（ｃ４：サーバ装置４００）
本実施の形態に係る制御システム１を構成するサーバ装置４００は、例えば、ファイルサーバ、製造実行システム（ＭＥＳ：Manufacturing Execution System）、生産管理システムなどとして機能する。

サーバ装置４００は、一例として、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用パソコン）を用いて実現される。基本的なハードウェア構成例は、図４に示すサポート装置２００のハードウェア構成例と同様であるので、ここでは詳細な説明は行わない。

（ｃ５：サーボドライバ５００）
本実施の形態に係る制御システム１を構成するサーボドライバ５００は、電気的に接続されたサーボモータ５３０を駆動する。サーボモータ５３０の各々は、カスタムロボット５５０の移動機構と機械的に連結されている。サーボドライバ５００は、モータドライバの一例であり、サーボドライバ５００とは異なるモータドライバを採用してもよい。同様に、サーボモータ５３０は、モータの一例であり、サーボモータ５３０とは異なるモータ（例えば、誘導型モータやリニアモータなど）を採用してもよい。モータドライバとしては、駆動対象のモータに応じた構成を採用できる。

（ｃ６：ロボットコントローラ６００）
本実施の形態に係る制御システム１を構成するロボットコントローラ６００は、制御装置１００からの指令に従って、産業用ロボット６５０を駆動する。産業用ロボット６５０は、例えば、垂直多関節ロボット、水平多関節（スカラ）ロボット、パラレルリンクロボット、直交ロボットなどの任意の汎用ロボットが用いられてもよい。

（ｃ７：安全コントローラ７００）
本実施の形態に係る制御システム１を構成する安全コントローラ７００は、安全制御を実行する。安全コントローラ７００は、典型的には、安全制御に係る制御演算を実行する処理ユニット、安全デバイス７５０と電気的に接続される１または複数の安全拡張ユニットとを含む。

（ｃ８：ＩＯユニット８００）
本実施の形態に係る制御システム１を構成するＩＯユニット８００は、任意のセンサからの信号を受け付けるとともに、任意のアクチュエータへ指令を出力する。すなわち、ＩＯユニット８００は、任意のＩＯデバイスと電気的に接続される。

（ｃ９：その他の形態）
上述のデバイスは、１または複数のプロセッサがプログラムを実行することで必要な機能を提供する実装形態を採用してもよいし、必要な機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いた実装形態を採用してもよい。

＜Ｄ．ソフトウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００に実現されるソフトウェア構成例について説明する。

図５は、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００に実現されるソフトウェア構成例を示す模式図である。図５を参照して、制御装置１００は、共通のハードウェアリソース１３０を複数のシステムで共有可能な仮想環境を提供する。

より具体的には、制御装置１００においては、共通のハードウェアリソース１３０を管理するハイパーバイザ１３２と、ＲＴＯＳ１３４と、ＰＬＣエンジン１３６と、ＩＥＣプログラム１３８と、汎用ＯＳ１４０と、アプリケーションエンジン１４２と、アプリケーションプログラム１４４とが実現されている。

ハイパーバイザ１３２は、ＲＴＯＳ１３４および汎用ＯＳ１４０の実行環境を提供する。なお、ハイパーバイザ１３２、ＲＴＯＳ１３４および汎用ＯＳ１４０は、ＯＳ１１０２（図３）に含まれるコードが実行されることで実現される。

ＰＬＣエンジン１３６は、ＰＬＣエンジンプログラム１１０４（図３）に含まれるコードが実行されることで実現される。ＰＬＣエンジン１３６は、ＲＴＯＳ１３４上で実行される。

アプリケーションエンジン１４２は、アプリケーションエンジンプログラム１１０６（図３）に含まれるコードが実行されることで実現される。アプリケーションエンジン１４２は、汎用ＯＳ１４０上で実行される。

ＩＥＣプログラム１３８およびアプリケーションプログラム１４４は、ユーザプログラム１１０８（図３）に含まれていてもよい。

制御装置１００のＰＬＣエンジン１３６は、所定の制御周期でＩＥＣプログラム１３８をサイクリック実行できる環境を提供する。併せて、制御装置１００のアプリケーションエンジン１４２は、汎用ＯＳで実行可能な任意のアプリケーションプログラム１４４を実行できる環境を提供する。

このように、制御装置１００においては、ＰＬＣが提供する機能と、汎用パソコンが提供する機能との両方が実現される。

図６は、本実施の形態に係る制御システム１を構成する制御装置１００に実現されるソフトウェア構成の要部を示す模式図である。図６を参照して、制御装置１００のハイパーバイザ１３２は、スケジューラ１３２０および変数マネジャ１３２２を提供する。スケジューラ１３２０は、制御装置１００における各プログラムの実行タイミングなどを管理する。変数マネジャ１３２２は、制御装置１００で実行されるそれぞれのプログラムが参照可能な変数を保持および更新する。変数マネジャ１３２２が管理する変数の値は、通信コントローラ１１４を介して対応するデバイスへ送信され、変数マネジャ１３２２が管理する変数の値は、通信コントローラ１１４を介してデバイスから受信した値で更新される。

ＰＬＣエンジン１３６は、変数マネジャ１３２２が管理する変数の値を参照して、ＩＥＣプログラム１３８に含まれるシーケンス命令１３８２をサイクリック実行する。シーケンス命令１３８２の実行により算出された変数の値は、変数マネジャ１３２２に反映される。

また、ＰＬＣエンジン１３６は、変数マネジャ１３２２が管理する変数の値を参照して、ＩＥＣプログラム１３８に含まれるモーション制御命令１３８４をサイクリック実行する。モーション制御命令１３８４の実行により算出された変数の値は、変数マネジャ１３２２に反映される。モーション制御命令１３８４は、典型的には、カスタムロボット５５０を構成するサーボドライバ５００（図２参照）を制御するための１または複数の命令を含む。モーション制御命令１３８４は、カスタムロボット５５０を駆動する１または複数のモータを制御するものであり、サイクリック実行される。

一方、アプリケーションエンジン１４２は、例えば、ロボットコントロールエンジン１４２０と、画像処理エンジン１４２２と、エミュレータ１４２４と、物理シミュレータ１４２６と、ビジュアライザ１４２８とを含む。これらのプログラムは、コンピューティングリソースに応じて適宜実行される。

ロボットコントロールエンジン１４２０は、アプリケーションプログラム１４４に含まれるロボットプログラム１４４２を解釈して、産業用ロボット６５０（図２参照）を制御するための命令を順次生成する。ロボットプログラム１４４２は、Ｖ＋言語などのロボット制御専用プログラミング言語やＧコードなどのＮＣ制御に係るプログラミング言語などで記述されてもよい。このように、ロボットコントロールエンジン１４２０は、ロボットプログラム１４４２に従って、産業用ロボット６５０を制御するための命令を順次生成する。

画像処理エンジン１４２２は、画像処理設定１４４４に従って、カメラ２０により撮像された画像に対して画像処理を実行する。画像処理エンジン１４２２による画像処理の結果は、変数マネジャ１３２２に反映される。画像処理エンジン１４２２で実行される画像処理は、例えば、キズ検査、物体検出、物体認識、文字認識などを含む。

エミュレータ１４２４は、制御装置１００が制御する制御対象（装置や設備など）の挙動を模擬する。エミュレータ１４２４は、変数マネジャ１３２２が管理する変数の値を参照して、予め定義されたモデルに沿った結果を出力する。

物理シミュレータ１４２６は、制御装置１００が制御する制御対象に含まれる物体の物理的な動作を模擬する。物理シミュレータ１４２６は、変数マネジャ１３２２が管理する変数の値を参照して、予め定義された物理モデルに沿った結果を出力する。

なお、エミュレータ１４２４および物理シミュレータ１４２６を必ずしも区別しなくてもよい。

ビジュアライザ１４２８は、制御装置１００が制御する制御対象（装置や設備など）の状態を仮想空間で視覚化する。ビジュアライザ１４２８は、ＰＬＣエンジン１３６、ロボットコントロールエンジン１４２０および画像処理エンジン１４２２の処理結果に基づいて、制御対象の状態を仮想空間で視覚化する。より具体的には、ビジュアライザ１４２８は、変数マネジャ１３２２が管理する変数の値を参照して、予め定義されたモデルおよび設定に沿って、各時点の状態を反映した視覚化に必要なデータを生成する。

後述するように、本実施の形態に従う制御システム１は、現実の制御対象を制御することができるとともに、制御対象の一部または全部が実在しない場合でも、制御システム１全体の処理を実行することができる。

＜Ｅ．処理例＞
次に、本実施の形態に従う制御システム１における処理例について説明する。

図７は、本実施の形態に従う制御システム１の制御対象の一例を示す模式図である。図７を参照して、制御システム１の制御対象として、ワーク８がコンベア６により順次搬送されるコンベアシステム２を想定する。

コンベア６の上流側に配置されたカスタムロボット５５０がワーク８をコンベア６上にプレイスする。コンベア６により下流側に搬送されたワーク８は、カメラ２０により撮像された画像に基づいてトラッキングされる。ワーク８のトラッキング結果に基づいて、産業用ロボット６５０がワーク８をピックする。産業用ロボット６５０がワーク８をピックする範囲（ピック範囲）は、予め定められている。ピック範囲の下流側には、ピックされなかったワーク８を検出するための光電センサ３０が設けられている。

図７に示すコンベアシステム２において、コンベア６は任意の速度で回転できる。コンベア６にはエンコーダ３２が設けられており、エンコーダ３２から出力されるパルス数（あるいは、パルス数から算出される回転速度）は、制御装置１００に入力される。コンベア６にはコンベア座標系が定義されている。コンベア６上のワーク８の位置は、コンベア座標系で管理される。

カスタムロボット５５０は、コンベア６の回転速度に同期して移動することで、ワーク８をコンベア６上にプレイスする際に速度差が生じないようになっている。同様に、産業用ロボット６５０は、コンベア６の回転速度に同期して移動することで、ワーク８をコンベア６上からピックする際に速度差が生じないようになっている。

カメラ２０にはカメラ座標系が定義されている。カメラ座標系は、カメラ２０により撮像された画像内に現れるワーク８の位置を管理するために用いられる。

なお、カスタムロボット５５０および産業用ロボット６５０のそれぞれも独自の座標系を有していてもよい。

コンベアシステム２の全体に対して、ワールド座標系が定義されており、ワールド座標系とコンベア座標系との間、および、ワールド座標系とカメラ座標系との間は、位置を相互に変換するための変換マトリックスが予め用意される。

図８は、図７に示すコンベアシステム２における処理手順を示すフローチャートである。図８を参照して、図７に示すコンベアシステム２に対する制御は、典型的には、制御装置１００のＰＬＣエンジン１３６と、ロボットコントロールエンジン１４２０と、画像処理エンジン１４２２とのそれぞれで実行される処理により実現される。

ＰＬＣエンジン１３６は、入出力リフレッシュ処理を実行する（ステップＳ１００）。入出力リフレッシュ処理は、直前の制御周期において算出された指令値をデバイスへ出力する処理と、デバイスから入力データを取得する処理を含む。入力データは、コンベア６の回転速度、カスタムロボット５５０を構成する各サーボモータ５３０の状態値（位置、速度、加速度など）、産業用ロボット６５０の現在位置などを含む。

ＰＬＣエンジン１３６は、コンベア６の回転速度またはエンコーダ３２のパルス数に基づいて、コンベア６上の各ワーク８の現在位置を管理するトラッキングデータベースを更新する（ステップＳ１０２）。トラッキングデータベースは、各制御周期におけるコンベア６上の各ワーク８の現在位置を含む。ＰＬＣエンジン１３６は、コンベア６の回転速度と制御周期の長さとに基づいて、ワーク８の移動距離（直前の制御周期からの差分）を算出し、トラッキングデータベースに含まれる各ワーク８の現在位置を算出した移動距離だけオフセットする。

ＰＬＣエンジン１３６は、画像処理エンジン１４２２へ撮像トリガを前回送信してから所定の時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。画像処理エンジン１４２２へ撮像トリガを前回送信してから所定の時間が経過していれば（ステップＳ１０４においてＹＥＳの場合）、ＰＬＣエンジン１３６は、画像処理エンジン１４２２へ撮像トリガを送信する（ステップＳ１０６）。

画像処理エンジン１４２２へ撮像トリガを前回送信してから所定の時間が経過していなければ（ステップＳ１０４においてＮＯの場合）、ステップＳ１０６の処理はスキップされる。

ステップＳ１０４およびステップＳ１０６の処理は、カメラ２０によるコンベア６上の撮像範囲を撮像するタイミングを決定する処理に相当する。カメラ２０により撮像された複数の画像に同一のワーク８が被写体として重複して含まれないように、撮像するタイミングが制御される。

ＰＬＣエンジン１３６は、カメラ２０により撮像された画像に基づいて認識されたワーク８の位置を画像処理エンジン１４２２から受信したか否かを判断する（ステップＳ１０８）。カメラ２０により撮像された画像に基づいて認識されたワーク８の位置を画像処理エンジン１４２２から受信すれば（ステップＳ１０８においてＹＥＳの場合）、ＰＬＣエンジン１３６は、画像処理エンジン１４２２から受信したワーク８の位置をトラッキングデータベースに追加する（ステップＳ１１０）。

カメラ２０により撮像された画像に基づいて認識されたワーク８の位置を画像処理エンジン１４２２から受信していなければ（ステップＳ１０８においてＮＯの場合）、ステップＳ１１０の処理はスキップされる。

光電センサ３０によりワーク８が検出されたことを示す信号が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１１２）。光電センサ３０によりワーク８が検出されたことを示す信号が入力されると（ステップＳ１１２においてＹＥＳの場合）、ＰＬＣエンジン１３６は、トラッキングデータベースから対応するワーク８の位置を削除する（ステップＳ１１４）。

光電センサ３０によりワーク８が検出されたことを示す信号が入力されなければ（ステップＳ１１２においてＮＯの場合）、ステップＳ１１４の処理はスキップされる。

ＰＬＣエンジン１３６は、トラッキングデータベースを参照して、ワーク８をコンベア６上にプレイスする条件（プレイス条件）が成立したか否かを判断する（ステップＳ１１６）。プレイス条件が成立すれば（ステップＳ１１６においてＹＥＳの場合）、ＰＬＣエンジン１３６は、カスタムロボット５５０の動作フラグをオンにセットする（ステップＳ１１８）。

プレイス条件が成立していなければ（ステップＳ１１６においてＮＯの場合）、ステップＳ１１８の処理はスキップされる。

ＰＬＣエンジン１３６は、トラッキングデータベースを参照して、コンベア６上からワーク８をピックする条件（ピック条件）が成立したか否かを判断する（ステップＳ１２０）。ピック条件が成立すれば（ステップＳ１２０においてＹＥＳの場合）、ＰＬＣエンジン１３６は、ピック対象のワーク８の位置の情報を含む制御指令をロボットコントロールエンジン１４２０へ送信する（ステップＳ１２２）。そして、ＰＬＣエンジン１３６は、トラッキングデータベースからピック対象のワーク８の位置を削除する（ステップＳ１２４）。

ピック条件が成立していなければ（ステップＳ１２０においてＮＯの場合）、ステップＳ１２２およびＳ１２４の処理はスキップされる。

なお、ステップＳ１０２～Ｓ１２４の処理は、主として、ＩＥＣプログラム１３８に含まれるシーケンス命令１３８２に記述される。

続いて、ＰＬＣエンジン１３６は、カスタムロボット５５０の動作フラグがオンにセットされているか否かを判断する（ステップＳ１５０）。カスタムロボット５５０の動作フラグがオンにセットされていれば（ステップＳ１５０においてＹＥＳの場合）、ＰＬＣエンジン１３６は、ＩＥＣプログラム１３８に含まれるモーション制御命令１３８４に従って、各サーボモータ５３０の状態値に基づいて、カスタムロボット５５０を構成する各サーボモータ５３０を駆動するための指令値を算出する（ステップＳ１５２）。

ＰＬＣエンジン１３６は、ＩＥＣプログラム１３８に含まれるモーション制御命令１３８４の実行が完了したか否かを判断する（ステップＳ１５４）。ＩＥＣプログラム１３８に含まれるモーション制御命令１３８４の実行が完了すれば（ステップＳ１５４においてＹＥＳの場合）、ＰＬＣエンジン１３６は、動作フラグをオフにセットする（ステップＳ１５６）。

ＩＥＣプログラム１３８に含まれるモーション制御命令１３８４の実行が完了していなければ（ステップＳ１５４においてＮＯの場合）、ステップＳ１５６の処理はスキップされる。

カスタムロボット５５０の動作フラグがオンされていなければ（ステップＳ１５０においてＮＯの場合）、ステップＳ１５２～Ｓ１５６の処理はスキップされる。

なお、ステップＳ１５０～Ｓ１５６の処理は、主として、ＩＥＣプログラム１３８に含まれるモーション制御命令１３８４に記述される。

画像処理エンジン１４２２は、ＰＬＣエンジン１３６から撮像トリガを受信したか否かを判断する（ステップＳ２００）。ＰＬＣエンジン１３６から撮像トリガを受信していなければ（ステップＳ２００においてＮＯの場合）、ステップＳ２００の処理が繰り返される。

ＰＬＣエンジン１３６から撮像トリガを受信すれば（ステップＳ２００においてＹＥＳの場合）、画像処理エンジン１４２２は、カメラ２０により撮像された画像を取得し（ステップＳ２０２）、取得した画像に含まれるワーク８の位置を認識する（ステップＳ２０４）。認識したワーク８の位置は、カメラ座標系により規定される位置となる。

画像処理エンジン１４２２は、認識したワーク８の位置をワールド座標系の位置に変換し（ステップＳ２０６）、変換したワーク８の位置をＰＬＣエンジン１３６へ出力する（ステップＳ２０８）。そして、ステップＳ２００以下の処理が繰り返される。

ロボットコントロールエンジン１４２０は、ＰＬＣエンジン１３６から新たな制御指令を受信したか否かを判断する（ステップＳ３００）。ＰＬＣエンジン１３６から新たな制御指令を受信していなければ（ステップＳ３００においてＮＯの場合）、ステップＳ３００の処理が繰り返される。

ＰＬＣエンジン１３６から新たな制御指令を受信すれば（ステップＳ３００においてＹＥＳの場合）、ロボットコントロールエンジン１４２０は、受信した制御指令に従って、ロボットプログラム１４４２のうち対象の部分を解釈して、産業用ロボット６５０を制御するための命令を順次生成を開始する（ステップＳ３０２）。そして、ロボットコントロールエンジン１４２０は、順次生成する命令をロボットコントローラ６００へ送信する（ステップＳ３０４）。

ロボットコントロールエンジン１４２０は、ロボットコントローラ６００から産業用ロボット６５０の現在位置を取得する（ステップＳ３０６）。取得した産業用ロボット６５０の現在位置は、カメラ座標系により規定される位置となる。ロボットコントロールエンジン１４２０は、取得した産業用ロボット６５０の現在位置をワールド座標系の位置に変換し（ステップＳ３０８）、変換した産業用ロボット６５０の現在位置をＰＬＣエンジン１３６へ出力する（ステップＳ３１０）。

ロボットコントロールエンジン１４２０は、産業用ロボット６５０を制御するための命令の生成が継続しているか否かを判断する（ステップＳ３１２）。産業用ロボット６５０を制御するための命令の生成が継続していれば（ステップＳ３１２においてＹＥＳの場合）、ステップＳ３０４以下の処理を繰り返す。

産業用ロボット６５０を制御するための命令の生成が継続していなければ（ステップＳ３１２においてＮＯの場合）、ステップＳ３００以下の処理が繰り返される。

図９は、図７に示すコンベアシステム２における処理を実現するための制御装置１００に実現されるソフトウェア構成例を示す模式図である。図９を参照して、ＰＬＣエンジン１３６と、ロボットコントロールエンジン１４２０と、画像処理エンジン１４２２とが互いにデータをやり取りするとともに、それぞれのエンジンが制御対象との間でデータあるいは信号をやり取りする。

より具体的には、ＰＬＣエンジン１３６は、コンベアシステム２に含まれるエンコーダ３２から回転速度などの信号を取得するとともに、光電センサ３０からワーク８を検出する信号を取得する。また、ＰＬＣエンジン１３６は、サーボドライバ５００に対して指令値を与えるとともに、サーボドライバ５００から状態値を取得する。

さらに、ＰＬＣエンジン１３６は、ロボットコントロールエンジン１４２０に対して、制御指令を与えるとともに、ロボットコントロールエンジン１４２０から産業用ロボット６５０の現在位置を取得する。また、ＰＬＣエンジン１３６は、画像処理エンジン１４２２に対して、撮像トリガを与えるとともに、画像処理エンジン１４２２から画像処理エンジン１４２２により検出されたワーク８の位置を取得する。

ロボットコントロールエンジン１４２０は、ロボットコントローラ６００に対して、産業用ロボット６５０を制御するための命令を与えるとともに、ロボットコントローラ６００から産業用ロボット６５０の現在位置を取得する。

画像処理エンジン１４２２は、カメラ２０により撮像された画像を取得する。なお、画像処理エンジン１４２２からカメラ２０に対して撮像指令を与えるようにしてもよい。

図９に示すように、制御装置１００に含まれるＰＬＣエンジン１３６、ロボットコントロールエンジン１４２０および画像処理エンジン１４２２は、現実の制御対象との間でデータあるいは信号をやり取りすることで、コンベアシステム２を制御する。

＜Ｆ．ビジュアライザ＞
次に、本実施の形態に従う制御システム１に実装されるビジュアライザ１４２８について説明する。ビジュアライザ１４２８は、制御装置１００が制御する制御対象（装置や設備など）の状態を仮想空間で視覚化する。

図１０は、本実施の形態に係る制御システム１に実装されるビジュアライザ１４２８のより詳細な構成を示す模式図である。図１０を参照して、ビジュアライザ１４２８は、変数マネジャ１３２２が管理する変数の値を参照して、制御対象を仮想空間で再現した再現画像１４３０を生成する。再現画像１４３０は、動画像であってもよいし、静止画像であってもよい。

より具体的には、ビジュアライザ１４２８は、コンベア６を模擬するコンベアモデル１４２８１と、カスタムロボット５５０を模擬するカスタムロボットモデル１４２８２と、産業用ロボット６５０を模擬する産業用ロボットモデル１４２８３と、オブジェクトライブラリ１４２８４とを含む。

オブジェクトライブラリ１４２８４は、再現画像１４３０を合成するための画像データなどを含む。

図１１は、本実施の形態に係る制御システム１に実装されるビジュアライザ１４２８が提供する再現画像１４３０の一例を示す模式図である。図１１に示すような再現画像１４３０を制御装置１００の表示部１０８などに表示できる。

ユーザは、表示された再現画像１４３０を見ながら、ユーザプログラム１１０８の動作確認や不具合発見などを行うことができる。

現実に制御対象が存在する場合には、ビジュアライザ１４２８が提供する再現画像１４３０は、現実の制御対象の挙動をそのまま反映したものとなる。一方、制御対象の全部または一部が現実に存在しなくても、制御装置１００の各エンジンが処理を実行するとともに、その処理結果に基づいてビジュアライザ１４２８があたかも現実の制御対象が存在するような再現画像１４３０を提供することもできる。

本実施の形態に従う制御システム１では、制御対象の一部または全部が存在しなくても、あたかも現実の制御対象が存在するかのように、ユーザプログラム１１０８の動作を確認できる。以下、制御装置１００が提供するユーザプログラムをフレキシブルに開発できる機能について説明する。

＜Ｇ．フレキシブルな開発を行うための環境＞
本実施の形態に従う制御システム１においては、制御対象の一部または全部を自在に模擬する機構（模擬モジュール）が用意される。

図１２は、図７に示すコンベアシステム２が実在しない場合であっても制御装置１００における処理を実行するためのソフトウェア構成例を示す模式図である。以下では、図９と図１２とを比較しつつ説明する。

図９に示す制御装置１００との間でデータあるいは信号をやり取りする制御対象は、制御装置１００に実装されるエミュレータ１４２４、物理シミュレータ１４２６およびビジュアライザ１４２８の少なくとも１つにより模擬される。すなわち、模擬モジュールは、エミュレータ１４２４、物理シミュレータ１４２６およびビジュアライザ１４２８の少なくとも１つにより実現されてもよい。このような制御対象の模擬によって、制御対象が実在する場合と同様に、制御装置１００においてユーザプログラム１１０８を実行できる。

（ｇ１：エンコーダ３２）
コンベアシステム２のエンコーダ３２は、エミュレータ１４２４にコンベア設定１４２４１を設定することで模擬できる。エミュレータ１４２４は、コンベア設定１４２４１に従って、エンコーダ３２からの回転速度を模擬した情報をＰＬＣエンジン１３６に提供する。

このように、エンコーダ３２についての模擬モジュールは、制御対象に含まれる装置または設備の挙動を模擬するエミュレータ１４２４を用いて実現される。

（ｇ２：光電センサ３０）
コンベアシステム２の光電センサ３０は、ビジュアライザ１４２８に衝突検出設定１４２８５を設定することで模擬できる。ビジュアライザ１４２８は、衝突検出設定１４２８５に従って、仮想空間において光電センサ３０の検出範囲に対応付けて設定された仮想オブジェクトとワーク８との衝突検知を行うことで、ワーク８が検出されたことを示す信号をＰＬＣエンジン１３６に提供する。衝突検知は、オブジェクト同士の距離の近さに基づいて、当該オブジェクト同士が衝突しているか否かを判断する処理である。

図１３は、図１２に示すビジュアライザ１４２８による衝突検出を行うための仮想オブジェクトの設定例を示す模式図である。図１３を参照して、仮想空間において光電センサ３０の検出範囲に対応付けて仮想オブジェクト１４２８６が設定される。コンベア６上のワーク８の位置は、ＰＬＣエンジン１３６が管理するトラッキングデータベースに応じて更新される。ビジュアライザ１４２８は、いずれかのワーク８が仮想オブジェクト１４２８６と衝突したか否かを判断し、ワーク８が仮想オブジェクト１４２８６と衝突したと判断すると、光電センサ３０によるワーク８の検出を示す信号を生成する。

このように、光電センサ３０についての模擬モジュールは、ビジュアライザ１４２８によって視覚化された仮想空間における衝突検知の結果を利用して実現される。

（ｇ３：カスタムロボット５５０）
コンベアシステム２のカスタムロボット５５０は、エミュレータ１４２４にサーボドライバモデル１４２４２を設定するとともに、物理シミュレータ１４２６にカスタムロボットモデル１４２６１を設定することで模擬できる。

サーボドライバモデル１４２４２は、サーボドライバ５００の応答特性などを反映したパラメータを含む。エミュレータ１４２４は、サーボドライバモデル１４２４２に従って、ＰＬＣエンジン１３６からの指令値に応じてサーボドライバの状態値を算出し、算出した状態値をＰＬＣエンジン１３６に提供する。

カスタムロボットモデル１４２６１は、サーボモータ５３０およびカスタムロボット５５０のキネマティクスなどを反映したパラメータを含む。物理シミュレータ１４２６は、カスタムロボットモデル１４２６１に従って、エミュレータ１４２４により算出される状態値に応じてカスタムロボットモデル１４２６１の状態値および現在位置などを算出する。

なお、図１２には、サーボドライバ５００およびサーボモータ５３０を含むカスタムロボット５５０を、エミュレータ１４２４および物理シミュレータ１４２６により模擬する構成例を示すが、単一のエミュレータ１４２４を用いて模擬するようにしてもよい。

このように、カスタムロボット５５０についての模擬モジュールは、制御対象に含まれる装置または設備の挙動を模擬するエミュレータ１４２４を用いて実現されるとともに、制御対象に含まれる物体の物理的な動作を模擬する物理シミュレータ１４２６を用いて実現される。

（ｇ４：産業用ロボット６５０）
コンベアシステム２の産業用ロボット６５０は、エミュレータ１４２４にロボットコントローラモデル１４２４３を設定するとともに、物理シミュレータ１４２６に産業用ロボットモデル１４２６２を設定することで模擬できる。

ロボットコントローラモデル１４２４３は、ロボットコントローラ６００の応答特性などを反映したパラメータを含む。エミュレータ１４２４は、ロボットコントローラモデル１４２４３に従って、ロボットコントロールエンジン１４２０からの命令に応じて、産業用ロボット６５０を駆動するための内部命令を生成する。エミュレータ１４２４は、物理シミュレータ１４２６により算出される産業用ロボット６５０の現在位置などをロボットコントロールエンジン１４２０に提供する。

産業用ロボットモデル１４２６２は、産業用ロボット６５０の応答特性およびキネマティクスなどを反映したパラメータを含む。物理シミュレータ１４２６は、産業用ロボットモデル１４２６２に従って、エミュレータ１４２４により算出される内部命令に応じて産業用ロボット６５０の速度、加速度、現在位置などを算出する。

なお、図１２には、ロボットコントローラ６００および産業用ロボット６５０を、エミュレータ１４２４および物理シミュレータ１４２６により模擬する構成例を示すが、単一のエミュレータ１４２４を用いて模擬するようにしてもよい。

このように、産業用ロボット６５０についての模擬モジュールは、制御対象に含まれる装置または設備の挙動を模擬するエミュレータ１４２４を用いて実現されるとともに、制御対象に含まれる物体の物理的な動作を模擬する物理シミュレータ１４２６を用いて実現される。

（ｇ５：カメラ２０）
コンベアシステム２のカメラ２０は、エミュレータ１４２４に模擬画像群１４２４４を設定することで模擬できる。模擬画像群１４２４４は、予め定められたワーク８のプレイスパターンに対応する１または複数の画像からなる。エミュレータ１４２４は、画像処理エンジン１４２２を介して提供される撮像トリガに応じて、模擬画像群１４２４４に含まれる画像を画像処理エンジン１４２２に順次提供する。

コンベアシステム２上にワーク８が順次プレイスされた搬送される状態を仮想空間で模擬するとともに、カメラ２０に対応する位置に配置された仮想カメラを用いて仮想的な撮像を行うことで、模擬画像群１４２４４を生成してもよい。

このように、カメラ２０についての模擬モジュールは、制御対象に含まれる装置または設備の挙動を模擬するエミュレータ１４２４を用いて実現される。

さらに、模擬画像群１４２４４を用意することなく、ビジュアライザ１４２８が提供する仮想空間に仮想カメラを設定して、仮想カメラにより仮想的に撮像されることで生成される画像を画像処理エンジン１４２２に順次提供してもよい。すなわち、エミュレータ１４２４および模擬画像群１４２４４を用いるのではなく、ビジュアライザ１４２８に仮想カメラを設定することで、コンベアシステム２のカメラ２０を模擬してもよい。

上述の説明においては、制御対象のすべてを模擬した状態で制御装置１００においてユーザプログラム１１０８を実行する場合を例示したが、これに限らず、制御対象の任意の一部を模擬するようにしてもよい。

図１４は、図７に示すコンベアシステム２において産業用ロボット６５０が配置されていない状態でユーザプログラムを実行する場合を説明するための図である。図１４（Ａ）には、図７に示すコンベアシステム２において産業用ロボット６５０がまだ配置されていない状態を示す。図１４（Ａ）に示すような状態であっても、上述したような産業用ロボット６５０を模擬する仕組みを有効化することで、産業用ロボット６５０が現実に存在しなくても、図１４（Ｂ）に示すような再現画像１４３０を表示できる。

ユーザは、図１４（Ｂ）に示すような再現画像１４３０を見ながら、ユーザプログラム１１０８の動作確認や不具合発見などを行うことができる。

図１５は、図１４に示す状態を実現するためのソフトウェア構成例を示す模式図である。図１５に示す制御装置１００においては、ロボットコントローラ６００および産業用ロボット６５０を模擬する、エミュレータ１４２４（ロボットコントローラモデル１４２４３が設定されている）および物理シミュレータ１４２６（産業用ロボットモデル１４２６２が設定されている）が有効化される。このようなロボットコントローラ６００および産業用ロボット６５０を模擬する模擬モジュール（エミュレータ１４２４および物理シミュレータ１４２６を用いて実現される）によって、制御装置１００（ＰＬＣエンジン１３６、ロボットコントロールエンジン１４２０および画像処理エンジン１４２２）は、現実にコンベアシステム２が存在する場合と同様に、ユーザプログラム１１０８を実行できる。

なお、図１４および図１５に示すソフトウェア構成例は一例であり、制御装置１００が制御する制御対象の任意の一部または全部を模擬する模擬モジュールを有効化することができる。

上述したような環境を提供することで、ユーザは、ユーザプログラム１１０８をフレキシブルに開発できる。

＜Ｈ．制御装置１００／サポート装置２００における設定＞
制御装置１００で実行されるユーザプログラム１１０８、および、ユーザプログラム１１０８を実行するための環境などを規定するプログラム実行設定１１１０は、ユーザが統合開発環境上で作成する。統合開発環境は、サポート装置２００が開発プログラム２１０４（図４参照）を実行することで実現されてもよい。但し、制御装置１００が開発プログラム２１０４を実行することで、制御装置１００が統合開発環境を提供するようにしてもよい。

本実施の形態に従う制御装置１００においては、制御対象の任意の一部を模擬して処理を実行することもできる。プログラム実行設定１１１０（図４参照）は、このような制御対象の任意の一部を模擬するか否かの設定を含む。

図１６は、本実施の形態に従う制御システム１において提供されるユーザプログラム１１０８に係る設定画面の一例を示す図である。図１６に示される設定画面２５０において、ユーザプログラム１１０８に関連付けられる制御対象のデバイスを選択および設定できる。

制御対象のデバイスは、現実のデバイスに加えて、仮想のデバイス（現実のデバイスを模擬したもの）を含む。

より具体的には、設定画面２５０は、ユーザプログラム１１０８に関連付けられるデバイスを登録するデバイス登録フィールド２５２と、各デバイスのプロパティを登録するデバイスプロパティフィールド２５４とを含む。

ユーザがデバイス登録フィールド２５２をクリックすると、デバイスを選択するためのデバイス選択画面２６０が表示される。デバイス選択画面２６０は、現実のデバイスの一覧２６２と、仮想のデバイスの一覧２６４とを含む。

ユーザは、デバイス選択画面２６０において、現実のデバイスおよび仮想のデバイスのいずれについても任意に選択ができる。ユーザによる選択結果は、プログラム実行設定１１１０に反映される。そして、制御装置１００で実行されるユーザプログラム１１０８は、選択されたデバイスに関連付けられる。

このように、サポート装置２００（あるいは、制御装置１００）は、ＰＬＣエンジン１３６、ロボットコントロールエンジン１４２０および画像処理エンジン１４２２のいずれかに関連付けられるデバイスを、現実のデバイスおよび仮想のデバイスを含む候補から任意に選択するユーザインターフェイスの一例として、図１６に示すような設定画面２５０を提供する。

図１７は、本実施の形態に従う制御システム１におけるユーザプログラム１１０８の開発処理の概略処理を示すフローチャートである。図１７に示す各ステップは、典型的には、サポート装置２００のプロセッサ２０２が開発プログラム２１０４を実行することで実現される。

図１７を参照して、サポート装置２００は、ユーザによる操作に従って、ユーザプログラム１１０８のソースコードを生成する（ステップＳ４００）。

サポート装置２００は、ユーザによる操作に従って、ユーザプログラム１１０８に関連付けられるデバイスの選択を受け付ける（ステップＳ４０２）。サポート装置２００は、選択されたデバイスの種類を判断する（ステップＳ４０４）。選択されたデバイスが現実のデバイスであれば（ステップＳ４０４において「現実のデバイス」の場合）、サポート装置２００は、選択されたデバイスのネットワークアドレスなどの特定情報とユーザプログラム１１０８とを関連付ける（ステップＳ４０６）。

選択されたデバイスが仮想のデバイスであれば（ステップＳ４０４において「仮想のデバイス」の場合）、サポート装置２００は、選択された仮想のデバイスに対応する模擬モジュールを構築する（ステップＳ４０８）。より具体的には、サポート装置２００は、エミュレータ１４２４、物理シミュレータ１４２６およびビジュアライザ１４２８のうち１または複数に対して、選択されたデバイスの設定を反映することで、選択されたデバイスを模擬する模擬モジュールを構築する。続いて、サポート装置２００は、構築した仮想のデバイスに対応する模擬モジュールとユーザプログラム１１０８とを関連付ける（ステップＳ４１０）。

このように、サポート装置２００（あるいは、制御装置１００）は、仮想のデバイスが選択されると、当該選択された仮想のデバイスに対応する模擬モジュールを構築する。すなわち、サポート装置２００（あるいは、制御装置１００）は、ユーザ設定に従って、制御対象と、ロボットと、カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュールを構築することができる。

サポート装置２００は、デバイスの選択が終了したか否かを判断する（ステップＳ４１２）。デバイスの選択が終了していなければ（ステップＳ４１２においてＮＯの場合）、ステップＳ４０２以下の処理が繰り返される。

一方、デバイスの選択が終了していれば（ステップＳ４１２においてＹＥＳの場合）、サポート装置２００は、ユーザプログラム１１０８のソースコードから実行形式のプログラムを生成し（ステップＳ４１４）、デバイスの選択結果を反映したプログラム実行設定１１１０を生成する（ステップＳ４１６）。

最終的に、サポート装置２００は、生成したユーザプログラム１１０８（実行形式）およびプログラム実行設定１１１０を制御装置１００へ転送する（ステップＳ４１６）。そして処理は終了する。このように、サポート装置２００が構築した模擬モジュールを制御装置１００へ提供するようにしてもよい。

＜Ｉ．変形例＞
上述の説明においては、制御装置１００とサポート装置２００とが分離した構成例を示すが、サポート装置２００が提供する機能の一部または全部を制御装置１００に組み入れてもよい。この場合、ユーザは、制御装置１００が提供する統合開発環境を利用することで、ユーザプログラム１１０８を開発することができる。

＜Ｊ．付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。

［構成１］
制御対象（４）を制御するための制御装置（１００）であって、
シーケンス命令（１３８２）を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジン（１３６）と、
ロボット（６００，６５０）を制御するためのロボットコントロールエンジン（１４２０）と、
カメラ（２０）からの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジン（１４２２）と、
ユーザ設定に従って構築される、前記制御対象と、前記ロボットと、前記カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュール（１４８）とを備える、制御装置。

［構成２］
前記ＰＬＣエンジン、前記ロボットコントロールエンジンおよび前記画像処理エンジンの処理結果に基づいて、前記制御対象の状態を仮想空間で視覚化するビジュアライザ（１４２８）をさらに備える、構成１に記載の制御装置。

［構成３］
前記模擬モジュールは、前記ビジュアライザによって視覚化された仮想空間における衝突検知の結果を利用して実現される、構成２に記載の制御装置。

［構成４］
前記模擬モジュールは、前記制御対象に含まれる装置または設備の挙動を模擬するエミュレータ（１４２４）を用いて実現される、構成１～３のいずれか１項に記載の制御装置。

［構成５］
前記模擬モジュールは、前記制御対象に含まれる物体の物理的な動作を模擬するシミュレータ（１４２６）を用いて実現される、構成１～４のいずれか１項に記載の制御装置。

［構成６］
前記ＰＬＣエンジン、前記ロボットコントロールエンジンおよび前記画像処理エンジンのいずれかに関連付けられるデバイスを、現実のデバイスおよび仮想のデバイスを含む候補から任意に選択するユーザインターフェイス（２５０）と、
前記仮想のデバイスが選択されると、当該選択された仮想のデバイスに対応する前記模擬モジュールを構築する構築手段（２１０５）とをさらに備える、構成１～５のいずれか１項に記載の制御装置。

［構成７］
前記ＰＬＣエンジンは、ロボット（５５０）を駆動する１または複数のモータ（５３０）を制御するモーション制御命令（１３８４）をサイクリック実行し、
前記ロボットコントロールエンジンは、ロボットプログラムに従って、ロボットを制御するための命令を順次生成する、構成１～６のいずれか１項に記載の制御装置。

［構成８］
共通のハードウェアリソース（１３０）を管理するハイパーバイザ（１３２）をさらに備え、
前記ハイパーバイザは、リアルタイムＯＳ（１３４）および汎用ＯＳ（１４０）の実行環境を提供し、
前記ＰＬＣエンジンは、前記リアルタイムＯＳ上で実行され、
前記ロボットコントロールエンジンおよび前記画像処理エンジンは、前記汎用ＯＳで実行される、構成１～７のいずれか１項に記載の制御装置。

［構成９］
制御対象（４）を制御するための制御システム（１）であって、
シーケンス命令（１３８２）を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジン（１３６）と、ロボット（６００，６５０）を制御するためのロボットコントロールエンジン（１４２０）と、カメラ（２０）からの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジン（１４２２）とを含む制御装置（１００）と、
ユーザ設定に従って、前記制御対象と、前記ロボットと、前記カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュール（１４８）を構築するとともに、当該構築した模擬モジュールを前記制御装置へ提供するサポート装置（２００）とを備える、制御システム。

［構成１０］
制御対象（４）を制御するための制御装置（１００）を実現するためのプログラム（１１０２，１１０４，１１０６）であって、前記プログラムはコンピュータ（１００）を、
シーケンス命令（１３８２）を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジン（１３６）と、
ロボットを制御するためのロボットコントロールエンジン（１４２０）と、
カメラからの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジン（１４２２）と、
ユーザ設定に従って構築される、前記制御対象と、前記ロボットと、前記カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュール（１４８）として機能させる、プログラム。

＜Ｋ．利点＞
本実施の形態に係る制御システム１によれば、複雑な制御をより簡単な構成で実現できるとともに、プログラム開発を容易化することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 制御システム、２ コンベアシステム、４ 制御対象、６ コンベア、８ ワーク、１０ ネットワークハブ、１２ 上位ネットワーク、１４ フィールドネットワーク、２０ カメラ、３０ 光電センサ、３２ エンコーダ、１００ 制御装置、１０２，２０２ プロセッサ、１０４，２０４ メインメモリ、１０６，２０６ 入力部、１０８，２０８ 表示部、１１０，２１０ ストレージ、１１２，１１４，２１２ 通信コントローラ、１１６，２１６ 光学ドライブ、１１８，２１８ 記憶媒体、１２０ メモリカードインターフェイス、１２２ メモリカード、１２４，２２４ ＵＳＢコントローラ、１２８，２２８ プロセッサバス、１３０ ハードウェアリソース、１３２ ハイパーバイザ、１３４ ＲＴＯＳ、１３６ ＰＬＣエンジン、１３８ ＩＥＣプログラム、１４０ 汎用ＯＳ、１４２ アプリケーションエンジン、１４４ アプリケーションプログラム、１４８ 模擬モジュール、２００ サポート装置、２５０ 設定画面、２５２ デバイス登録フィールド、２５４ デバイスプロパティフィールド、２６０ デバイス選択画面、２６２ 現実のデバイスの一覧、２６４ 仮想のデバイスの一覧、３００ 表示装置、４００ サーバ装置、５００ サーボドライバ、５３０ サーボモータ、５５０ カスタムロボット、６００ ロボットコントローラ、６５０ 産業用ロボット、７００ 安全コントローラ、７５０ 安全デバイス、８００ ＩＯユニット、１１０２ ＯＳ、１１０４ プログラム、１１０６ アプリケーションエンジンプログラム、１１０８ ユーザプログラム、１１１０ プログラム実行設定、１３２０ スケジューラ、１３２２ 変数マネジャ、１３８２ シーケンス命令、１３８４ モーション制御命令、１４２０ ロボットコントロールエンジン、１４２２ 画像処理エンジン、１４２４ エミュレータ、１４２６ 物理シミュレータ、１４２８ ビジュアライザ、１４３０ 再現画像、１４４２ ロボットプログラム、１４４４ 画像処理設定、２１０４ 開発プログラム、２１０５ 構築モジュール、１４２４１ コンベア設定、１４２４２ サーボドライバモデル、１４２４３ ロボットコントローラモデル、１４２４４ 模擬画像群、１４２６１，１４２８２ カスタムロボットモデル、１４２６２，１４２８３ 産業用ロボットモデル、１４２８１ コンベアモデル、１４２８４ オブジェクトライブラリ、１４２８５ 衝突検出設定、１４２８６ 仮想オブジェクト。

Claims (10)

1. 制御対象を制御するための制御装置であって、
   シーケンス命令を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジンと、
   ロボットを制御するためのロボットコントロールエンジンと、
   カメラからの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジンと、
   ユーザ設定に従って構築される、前記制御対象と、前記ロボットと、前記カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュールとを備える、制御装置。
2. 前記ＰＬＣエンジン、前記ロボットコントロールエンジンおよび前記画像処理エンジンの処理結果に基づいて、前記制御対象の状態を仮想空間で視覚化するビジュアライザをさらに備える、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記模擬モジュールは、前記ビジュアライザによって視覚化された仮想空間における衝突検知の結果を利用して実現される、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記模擬モジュールは、前記制御対象に含まれる装置または設備の挙動を模擬するエミュレータを用いて実現される、請求項１～３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記模擬モジュールは、前記制御対象に含まれる物体の物理的な動作を模擬するシミュレータを用いて実現される、請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記ＰＬＣエンジン、前記ロボットコントロールエンジンおよび前記画像処理エンジンのいずれかに関連付けられるデバイスを、現実のデバイスおよび仮想のデバイスを含む候補から任意に選択するユーザインターフェイスと、
   前記仮想のデバイスが選択されると、当該選択された仮想のデバイスに対応する前記模擬モジュールを構築する構築手段とをさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記ＰＬＣエンジンは、ロボットを駆動する１または複数のモータを制御するモーション制御命令をサイクリック実行し、
   前記ロボットコントロールエンジンは、ロボットプログラムに従って、ロボットを制御するための命令を順次生成する、請求項１～６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 共通のハードウェアリソースを管理するハイパーバイザをさらに備え、
   前記ハイパーバイザは、リアルタイムＯＳおよび汎用ＯＳの実行環境を提供し、
   前記ＰＬＣエンジンは、前記リアルタイムＯＳ上で実行され、
   前記ロボットコントロールエンジンおよび前記画像処理エンジンは、前記汎用ＯＳで実行される、請求項１～７のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 制御対象を制御するための制御システムであって、
   シーケンス命令を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジンと、ロボットを制御するためのロボットコントロールエンジンと、カメラからの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジンとを含む制御装置と、
   ユーザ設定に従って、前記制御対象と、前記ロボットと、前記カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュールを構築するとともに、当該構築した模擬モジュールを前記制御装置へ提供するサポート装置とを備える、制御システム。
10. 制御対象を制御するための制御装置を実現するためのプログラムであって、前記プログラムはコンピュータを、
    シーケンス命令を含むプログラムをサイクリック実行するＰＬＣエンジンと、
    ロボットを制御するためのロボットコントロールエンジンと、
    カメラからの画像に対して画像処理を実行する画像処理エンジンと、
    ユーザ設定に従って構築される、前記制御対象と、前記ロボットと、前記カメラとのうち少なくとも一部を模擬する模擬モジュールとして機能させる、プログラム。

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