JP4534796B2

JP4534796B2 - 制御システム

Info

Publication number: JP4534796B2
Application number: JP2005050873A
Authority: JP
Inventors: 大志野上
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: CN100470512C; CN1825230A; JP2006236069A; EP1696331A2; EP1696331A3; US20060195671A1; US7478207B2

Description

本発明は、制御対象を制御するための制御プログラムが汎用ＯＳ上で動作する制御システムに関するものである。

近年、ネットワーク機能やマルチタスク機能を備えた安価で高機能な汎用ＯＳが流通しており、この汎用ＯＳを例えばロボットなどの特定の制御対象を制御するための制御システムに適用することで、制御システムを開発するにあたっての開発工数の削減及びコストダウンを実現するようにした技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１５８３６号公報

上記特許文献１の技術では、多量のデータを扱うため、記憶装置としてハードディスク（磁気ディスク装置）が使用されている。このハードディスクは、物理的に衝撃や振動に弱く、また、書き換え時に電源遮断が発生するとソフト的にファイルシステムが壊れやすいことから、制御プログラム等の記憶装置として用いることは、制御システムの信頼性を確保する面で問題があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、信頼性の高い記憶装置を用いることでデータの喪失を防いだ高信頼性の制御システムを提供することを目的とする。

本発明に係る制御システムは、汎用ＯＳ上で動作する制御プログラムを用いて所定の制御機器を制御する制御システムであって、汎用ＯＳと制御プログラムと制御プログラムの動作に必要な各種データを記憶する、プロテクト領域と非プロテクト領域とを有した補助記憶装置と、汎用ＯＳ及び制御プログラムがそれぞれ実行時にロードされる主記憶装置と、汎用ＯＳが有するライトフィルタによって書き込み及び読み出しが管理されるライトフィルタ用記憶手段と、プロテクト領域への書き込みが発生した場合、ライトフィルタ用記憶手段を介してプロテクト領域または非プロテクト領域に書き込ませる制御手段と、を備え、プロテクト領域への書き込みが発生したときの設定モードが、特定ユーザが操作可能な管理者モードであって、汎用ＯＳが終了する場合には、制御手段は、ライトフィルタ用記憶手段に書き込んでおいた書き込みデータを、プロテクト領域に書き込むものである。
このように、プロテクト領域への書き込みが発生した場合、実際の書き込みはライトフィルタによってライトフィルタ用領域へとバイパスされるので、書き換え時に電源遮断が発生して書き換えデータが破壊されたとしても、書き換え前の初期データについてはプロテクト領域内に保護されている（残されている）。よって、再度電源が投入された際には、プロテクト領域内のデータに基づいて動作することが可能となる。
また、管理者モード以外の場合には、プロテクトデータの書き換え（プロテクト領域への書き込み）は実施できない構成としたので、一般のユーザが誤ってプロテクトデータを書き換えてしまう危険性を排除できる。

また、本発明に係る制御システムは、補助記憶装置を、不揮発性半導体記憶装置で構成したものである。
このように磁気ディスク装置に比べて信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を用いたので、データの喪失が防がれ信頼性の高い制御システムを得ることができる。

また、本発明に係る制御システムは、プロテクト領域を不揮発性半導体記憶装置、非プロテクト領域を磁気ディスク装置とで構成し、制御プログラムが汎用ＯＳ上で動作するのに必要な汎用ＯＳの各種機能プログラムと制御プログラムをプロテクトデータとしてプロテクト領域に記憶するものである。
補助記憶装置としては、信頼性の観点から磁気ディスク装置を用いることなく全体を不揮発性半導体記憶装置で構成することが好ましいが、記憶容量やコスト的な問題から実際上、難しい場合には、本発明のように構成することにより、これらの問題を解消しながらも、信頼性の高い制御システムを構築することができる。

また、本発明に係る制御システムは、データ項目と、そのデータ項目のデータをプロテクト領域と非プロテクト領域とのどちらに記憶させるかを示す情報とが設定されたテーブルを有し、制御手段は、書き込みが発生した場合、その書き込みデータのデータ項目に基づいてテーブルを参照して書き込み先を特定するものである。
これにより、ユーザがデータ毎に任意にプロテクトデータ又は非プロテクトデータを指定可能となり、制御システムの利用形態に応じてユーザが自由にカスタマイズすることができる。

また、本発明に係る制御システムにおいて、制御手段は、プロテクト領域への読み出しが発生すると、その読み出しデータがライトフィルタ用記憶手段に対して書き込みが行われていたか否かを判断し、書き込みが行われていたと判断した場合にはライトフィルタ用記憶手段から読み出し、書き込みが行われていないと判断した場合にはプロテクト領域から読み出すものである。

また、本発明に係る制御システムは、ライトフィルタ用記憶手段が揮発性メモリで構成された主記憶装置内に設けられたフィルタ用領域であるものである。
これにより、誤って書き込みを行ってしまっても、一旦電源を遮断することによりライトフィルタ用記憶手段に書き込まれた内容が消去され、次の起動時にはプロテクト領域内のデータに基づいて動作することができる。

また、本発明に係る制御システムは、不揮発性半導体記憶装置がフラッシュＲＯＭで構成されているものである。
このように不揮発性半導体記憶装置としてフラッシュＲＯＭを用いることができる。

また、本発明に係る制御システムは、制御機器がロボットであるものである。
これにより、上記効果を備えた信頼性の高いロボット制御システムを構成することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る制御システムについて説明する。本例においては、制御機器をロボットとしたロボット制御システムを例に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態のロボット制御システムの構成を示すブロック図である。
ロボット制御システム１０は、メインＣＰＵ２０に、主記憶装置３０、補助記憶装置４０、表示装置（例えばＣＲＴ、液晶ディスプレイなど）５０、入力装置（例えばマウス、キーボードなど）６０及びインタフェースボード７０が、バス１１により接続された構成となっている。そして、インタフェースボード７０には、複数の（ここでは２つの）ロボットＡ７１、ロボットＢ７２が接続されている。

主記憶装置３０は、揮発性メモリであるＲＡＭで構成されており、補助記憶装置４０に記憶された後述の汎用ＯＳの各種機能プログラムやロボット制御プログラムを実行する際のロード領域などとして使用されるワークエリア領域３１と、後述のライトフィルタによって書き込み及び読み出しが管理されるライトフィルタ用領域３２とを備えている。

補助記憶装置４０は、従来と同様のハードディスク４１と、不揮発性半導体記憶装置としてのシリコンディスク（フラッシュＲＯＭ）４２とで構成されている。ここで、本発明は、補助記憶装置４０として従来用いられていたハードディスク（磁気ディスク装置）に代えて、ハードディスクに比べて衝撃や振動等に対しての耐故障性が強く、信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を用いることで、ハードディスクを用いた場合の信頼性の面での課題を解消することを一つの特徴とするものである。

しかしながら、実際上、ハードディスク全体を不揮発性半導体記憶装置に代えることは、記憶容量やコスト的な問題から難しい。このため、本例では、上述したように補助記憶装置４０を、ハードディスク４１とシリコンディスク４２とから構成し、信頼性の高いロボット制御システム１０を構築する上で確実に保護したいデータ（プログラム含む）（以下、プロテクトデータという）をシリコンディスク４２に記憶させ、その他のデータ（以下、非プロテクトデータという）をハードディスク４１に記憶させるようにすることで、記憶容量やコスト的な問題を解消しながらも、信頼性の高いロボット制御システム１０を実現している。なお、シリコンディスク４２はプロテクトデータを記憶することからプロテクト領域といい、ハードディスク４１は非プロテクトデータを記憶することから非プロテクト領域ということがある。

シリコンディスク４２に記憶させるプロテクトデータは、具体的には、例えばWindows(登録商標)NT などの汎用ＯＳ（オペレーティングシステム）のうち、ロボット制御プログラムを動作させるのに必要なプログラムとして選択された各種機能プログラムと、ロボット制御プログラムとが該当する。なお、ロボット制御システム１０は、制御対象のロボットＡ７１，ロボットＢ７２と共に開発メーカ側から提供されるものであり、実際の利用形態においては、出荷時には、既にシリコンディスク４２内にこれらのプロテクトデータが書き込まれた状態にある。また、プロテクトデータの追加はユーザ側からもできるように構成されており、この例ではロボットＡ及びロボットＢの機種データと、ロボットＡ７１の手先を移動させる目標位置の座標データとを追加した例が示されている。

一方、ハードディスク４１に記憶させる非プロテクトデータは、例えばユーザプログラムや、実行時情報（ユーザプログラムで使用する特殊な変数、エラーログ、稼働時間情報など）、後述のデータ管理テーブル１００、プロテクト情報テーブル１１０などがある。

ところで、シリコンディスク４２は衝撃や振動に対しては耐故障性が強いものの、データ書き込み動作途中に電源遮断が行われた場合には、ハードディスクと同様にデータが壊れる可能性がある。この課題に対しては、シリコンディスク４２（プロテクト領域）への書き込み回数そのものを低減する手法が有効と考え、本例では、シリコンディスク４２への書き込みが指示された場合でも、シリコンディスク４２へは書き込まず別の記憶手段に一時的に書き込んでおき、所定の条件を満たした際に、その別の記憶手段に書き込んでおいたデータをシリコンディスク４２に書き込むようにする。これにより、不意に電源が遮断された場合でも、シリコンディスク４２内に書き込んでおいたプロテクトデータを保護することができる。

これを実現するに際し、本発明では、汎用ＯＳが持つ既存の機能であるライトフィルタを使用する。ライトフィルタは、所定の記憶装置への書き込みが指示された際に、その所定の記憶装置への書き込みを行わず、ライトフィルタが管理するライトフィルタ用記憶手段へ書き込みを実施する機能で、本例においては、プロテクト領域への書き込みが指示された際に、その書き込みを、ライトフィルタ用領域３２にバイパスさせる手段として用いている。かかる既存のライトフィルタを使用することで、本実施の形態のロボット制御プログラムを開発するにあたっての手間を軽減することが可能となっている。

ところで、シリコンディスク４２内に記憶するプロテクトデータは、ロボット制御システム１０を安全に動作させる上で非常に重要なデータであり、プロテクトデータの書き換えは、実際の運用上では、メーカ側から提供されているロボット制御プログラムをメンテナンス時に更新したり、接続するロボットを変更して機種データを変更するなどの場合に行われるものである。これらの作業は、一般のユーザと区別された管理者によってのみ行われることが好ましく、本例では特定のユーザのみが操作可能な管理者モードを設け、管理者モードで書き換えが要求されたときのみプロテクトデータの書き換えを実施可能としている。これにより一般のユーザによるプロテクトデータの書き換えを排除する構成としている。なお、オペレータモードから管理者モードへの切り替えは例えばパスワードを入力する等して行うようにしている。

次に、ハードディスク４１に記憶されるプロテクト情報テーブル１１０及びデータ管理テーブル１００について説明する。図２は、プロテクト情報テーブルを示し、図３は、データ管理テーブルを示している。なお、本例において、シリコンディスク４２はＣドライブであり、ハードディスク４１はＤドライブである。

プロテクト情報テーブル１１０は、どの記憶装置（ドライブ）をプロテクト領域に指定するか、非プロテクト領域に指定するかを設定するためのテーブルであり、この例では、Ｃドライブ（シリコンディスク４２）をプロテクト領域に設定し、Ｄドライブ（ハードディスク４１）を非プロテクト領域に設定している。プロテクト情報テーブル１１０は予めメーカ側によって作成されており、ユーザによる変更不可なテーブルとして記憶されているものである。

データ管理テーブル１００は、データ項目毎にそのデータ項目のデータを書き込む記憶装置（ドライブ）を設定するテーブルであり、データ項目とドライブ情報とで構成される。このデータ管理テーブル１００は、ユーザにより書き換え可能なテーブルであり、ユーザが自由にデータ毎に書き込み先を指定できるようになっている。例えば機種データはＣドライブ（プロテクト領域）のＲＯＢＯＴのディレクトリに書き込むように指定されており、言い換えれば機種データは、プロテクトデータとして指定されていることになる。

以下、本実施の形態における書き込み発生時の動作を図４及び図５を参照して説明する。図４は、本実施の形態における書き込み発生時の処理の流れを示すフローチャート、図５は、本実施の形態における書き込み動作の説明図である。なお、図４中の制御手段８０は、メインＣＰＵ２０とシリコンディスク４２内のプログラムとによって構成されるものである。
書き込みが発生すると、制御手段８０は、その書き込みデータのデータ項目に基づいてデータ管理テーブル１００を参照して保存場所を特定し（Ｓ１）、続いてその特定された保存場所がプロテクト領域か否かをプロテクト情報テーブル１１０と基づいて判断する（Ｓ２）。プロテクト領域でないと判断した場合すなわち非プロテクト領域と判断した場合、制御手段８０は非プロテクト領域にその書き込みデータを書き込む（Ｓ３）。

一方、プロテクト領域であると判断した場合、制御手段８０はライトフィルタ９０に書き込みを指示する。ライトフィルタ９０は、制御手段８０からの書き込み指示を受けると、書き込みデータをライトフィルタ用領域３２に一時的に書き込む（Ｓ４）。制御手段８０は、ライトフィルタ９０に書き込みを指示する一方、現在のモード判断を行っており（Ｓ５）、管理者モードであれば、管理者モードでの書き込みデータとして書き込みデータのデータ項目を内部に保持し（Ｓ６）、オペレータモードであればステップＳ６を省略する。このように、プロテクト領域への書き込みが発生した場合、実際の書き込みはライトフィルタ９０によってライトフィルタ用領域３２へとバイパスされるので、書き換え時に電源遮断が発生して書き換えデータが破壊されたとしても書き換え前のデータについてはプロテクト領域内に残っている。よって、再度電源が投入された際には、プロテクト領域内のデータに基づいて動作することが可能となる。すなわち、プロテクトデータが適宜更新されたとしても、プロテクト領域に書き込んでおいた初期データについては保護される。

続いて、所定の条件（例えば電源遮断が指示されるなどして汎用ＯＳが終了するなど）を満たすか否かを判断し（Ｓ７）、所定の条件を満たすと、ステップＳ６で保持されたデータ項目があるか否かを判断し（Ｓ８）、保持されたデータ項目があれば、制御手段８０は、ライトフィルタ用領域３２内に書き込んでおいた該当データ項目のデータをライトフィルタ９０を介してプロテクト用領域に書き込む（Ｓ９）。ステップＳ４で保持されたデータ項目がある場合とは、すなわち書き込み発生時のモードが管理者モードである場合であるので、この場合には、実際にプロテクト領域内のプロテクトデータを更新する必要があるため、ライトフィルタ用領域３２に一時的に書き込んでおいたデータに基づいてライトフィルタ９０を介して実際にプロテクト領域を書き換える。

以下、本実施の形態における読み出し時の動作を図６及び図７を参照して説明する。図６は、本実施の形態における読み出し発生時の処理の流れを示すフローチャート、図７は、本実施の形態における読み出し動作の説明図である。
読み出しが発生すると、制御手段８０は、その読み出しデータのデータ項目とデータ管理テーブル１００とに基づいて保存場所を特定し（Ｓ１１）、続いてその特定された保存場所がプロテクト領域か否かをプロテクト情報テーブル１１０に基づいて判断する（Ｓ１２）。プロテクト領域でないと判断した場合すなわち非プロテクト領域と判断した場合、制御手段８０は非プロテクト領域から該当のデータを読み出す（Ｓ１３）。

一方、プロテクト領域であると判断した場合には、続いてそのデータについて書き込みが有ったか否かを判断し（Ｓ１４）、書き込みがあった場合には、ライトフィルタ用領域３２から読み出し（Ｓ１５）、書き込みが無かった場合には、プロテクト領域から読み出す（Ｓ１６）。

以上の書き込み動作及び読み出し動作を具体例で説明する。ここでは、プロテクトデータである座標データ（ロボットＡ７１の手先を移動させる目標位置の座標データ）を管理者モードで変更する場合について考える。
この場合、まず、保存場所がデータ管理テーブル１００により「C:\POINT」であると特定され（Ｓ１）、Ｃドライブはプロテクト情報テーブル１１０によりプロテクト領域であると判断される（Ｓ２）。そして、座標データがライトフィルタ用領域３２に書き込まれる（Ｓ４）。このとき不意に電源断が発生した場合、ライトフィルタ用領域３２への書き込みが正常に行われずデータが喪失される可能性がある。しかしながら、元々の座標データはプロテクト領域に書き込まれているので、プロテクト領域に記憶された変更前の座標データについては保護することができる。

また別の例として、プロテクトデータである機種データをオペレータモードで誤って変更しようとした場合について考える。
この場合、まず、保存場所がデータ管理テーブル１００により「C:\ROBOT」であると特定され（Ｓ１）、Ｃドライブはプロテクト情報テーブル１１０によりプロテクト領域であると判断される（Ｓ２）。そして、機種データがライトフィルタ用領域３２に書き込まれた後（Ｓ４）、現在のモードがオペレータモードであることから、ステップＳ６は省略される。そして、所定の条件を満たすと（Ｓ７）、保持データ項目の有無がチェックされ、ここでは保持データ項目が無いことから（Ｓ８）、ステップＳ９は省略され、実際にプロテクト領域内の機種データが変更されることはない。

ただし、ライトフィルタ用領域３２には書き込まれた状態であるため、ユーザが誤りに気が付かないまま機種データの読み出しが発生した場合、ステップＳ１４で書き込み有と判断され、誤って変更された機種データがライトフィルタ用領域３２から読み出されてしまうことになる。しかしながら、誤りに気づいた場合には、電源を一旦遮断することによりライトフィルタ用領域３２内のデータは消去されるため、電源が再投入された際にはプロテクト領域内に書き込まれた正確な機種データで動作することが可能となる。

このように本実施の形態によれば、従来のハードディスクに換えて信頼性の高いシリコンディスク４２を用いるようにしたので、データの喪失が防がれ信頼性の高いロボット制御システム１０を構築できる。

本実施の形態では、現状のシリコンディスク４２の記憶容量やコスト的な問題を考慮し、確実に保護しておきたいデータ（プログラム含む）をシリコンディスク４２に記憶させ、その他のデータをハードディスク４１に記憶させるようにしたので、記憶容量やコスト的な問題を解消しながらも、信頼性の高いロボット制御システム１０を構築することが可能となっている。

また、プロテクト領域への書き込みが発生した場合に、実際の書き込みはライトフィルタ９０によってライトフィルタ用領域３２へとバイパスされるので、書き換え時に電源遮断が発生して書き換えデータが破壊されたとしても、書き換え前の初期データについてはプロテクト領域内に保護されている（残されている）。よって、再度電源が投入された際には、プロテクト領域内のデータに基づいて動作することが可能となる。

また、オペレータモードではプロテクトデータの書き換え（プロテクト領域への書き込み）は実施できない構成としたので、一般のユーザが誤ってプロテクトデータを書き換えてしまう危険性を排除できる。

また、ライトフィルタ用領域３２は揮発性メモリで構成されているので、例えば誤って書き込みを行ってしまっても、一旦電源を遮断することにより内容が消去され、次の起動時にはプロテクト領域内のデータに基づいて動作することができる。

また、データ管理テーブル１００によってユーザがデータ毎に任意にプロテクトデータ又は非プロテクトデータに指定することを可能としたので、ロボット制御システム１０の利用形態に応じてユーザが自由にカスタマイズすることができる。例えば、レジストリをプロテクトデータとしたい場合には、レジストリをプロテクト領域に書き込み、また、データ管理テーブル１００の「データ項目」に「レジストリ」を書き込むとともに「ドライブ情報」にプロテクト領域に設定されたドライブである「Ｃ：￥」を書き込めばよい。ここで、レジストリは、誤った変更をするとシステムが起動しなくなったりする恐れがあるため、プロテクトデータに指定しておくことが好ましい。

また、管理者モードを設け、管理者モードの時には実際にプロテクト領域内のプロテクトデータを書き換え可能としているので、開発時の拡張性とメンテナンス時の保守性を確保することができる。

なお、本例ではロボット制御システム１０に適用した場合を説明したが、これに限られたものではなく、汎用ＯＳ上で動作する制御プログラムを用いて制御機器を制御する信頼性を要求される制御装置に応用できる。例えば、半導体検査装置やビジョン検査装置などがある。

なお、不揮発性半導体記憶装置としては、シリコンディスク（フラッシュＲＯＭ）に限られたものではない。

また、本例では、ユーザが故意にデータを保存する（書き換える）場合を例に書き込み時の処理の流れを説明したが、これに限られたものではなく、ユーザプログラムによって明示的に保存する場合もあれば、実行時情報のようにロボット制御プログラム側が自動的にデータを保存する場合も含まれる。

本発明の一実施の形態のロボット制御システムの構成を示すブロック図。ロテクト情報テーブルの一例を示す図。データ管理テーブルの一例を示す図。書き込み発生時の処理の流れを示すフローチャート。書き込み動作の説明図。読み出し発生時の処理の流れを示すフローチャート。読み出し動作の説明図。

符号の説明

１０ロボット制御システム
１１バス
２０メインＣＰＵ
３０主記憶装置
３１ワークエリア領域
３２ライトフィルタ用領域
４０補助記憶装置
４１ハードディスク
４２シリコンディスク
５０表示装置
６０入力装置
７０インタフェースボード
８０制御手段
１００データ管理テーブル
１１０プロテクト情報テーブル

Claims

汎用ＯＳ上で動作する制御プログラムを用いて所定の制御機器を制御する制御システムであって、
前記汎用ＯＳと前記制御プログラムと前記制御プログラムの動作に必要な各種データを記憶する、プロテクト領域と非プロテクト領域とを有した補助記憶装置と、
前記汎用ＯＳ及び前記制御プログラムがそれぞれ実行時にロードされる主記憶装置と、
前記汎用ＯＳが有するライトフィルタによって書き込み及び読み出しが管理されるライトフィルタ用記憶手段と、
前記プロテクト領域への書き込みが発生した場合、前記ライトフィルタ用記憶手段を介して前記プロテクト領域または非プロテクト領域に書き込ませる制御手段と、を備え、
前記プロテクト領域への書き込みが発生したときの設定モードが、特定ユーザが操作可能な管理者モードであって、前記汎用ＯＳが終了する場合には、前記制御手段は、前記ライトフィルタ用記憶手段に書き込んでおいた書き込みデータを、前記プロテクト領域に書き込むことを特徴とする制御システム。
前記補助記憶装置を、不揮発性半導体記憶装置で構成したことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
前記プロテクト領域を不揮発性半導体記憶装置、前記非プロテクト領域を磁気ディスク装置とで構成し、前記制御プログラムが前記汎用ＯＳ上で動作するのに必要な汎用ＯＳの各種機能プログラムと前記制御プログラムをプロテクトデータとして前記プロテクト領域に記憶することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
データ項目と、前記データ項目のデータを前記プロテクト領域と前記非プロテクト領域とのどちらに記憶させるかを示す情報とが設定されたテーブルを有し、前記制御手段は、書き込みが発生した場合、その書き込みデータのデータ項目に基づいて前記テーブルを参照して書き込み先を特定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の制御システム。
前記制御手段は、前記プロテクト領域への読み出しが発生すると、読み出しデータが前記ライトフィルタ用記憶手段に対して書き込みが行われていたか否かを判断し、書き込みが行われていたと判断した場合には前記ライトフィルタ用記憶手段から読み出し、書き込みが行われていないと判断した場合には前記プロテクト領域から読み出すことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の制御システム。
前記ライトフィルタ用記憶手段は揮発性メモリで構成された前記主記憶装置内に設けられたフィルタ用領域であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の制御システム。
前記不揮発性半導体記憶装置はフラッシュＲＯＭで構成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項６の何れかに記載の制御システム。
前記制御機器はロボットであることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の制御システム。