JPH0424803A - 並列分散制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば多関節マニプレータの動作制御に適用
される並列分散制御装置に関する。

（従来の技術） 第１１図は多関節マニプレータに適用したマニプレータ
制御装置の構成図である。このマニプレータ制御装置は
ホス）ＣＰＵ　（中央処理装置）１の下位に各モータコ
ントローラ２−１．２−２゜・・・２−ｎを接続した構
成である。

ホストＣＰＵＩは多関節マニプレータハンドの現在位置
から目標位置までの移動軌跡をハンドの移動速度の加減
速を考慮して所定時間間隔のポイントにより算出する機
能、及びこの機能により求められた各ポイント間を移動
させるための各関節における移動量を求める機能を有し
ている。又、各モータコントローラ２−１．２−２．・
・・２　　ｎはそれぞれモータ３−１．３−２．・・・
３−ｎを駆動制御するもので、ホストＣＰＵＩにより求
められた関節における移動量を受け、この移動量を達成
するためのモータの駆動量を求めてモータを駆動制御す
る機能を有している。

しかしながら、上記構成ではホストＣＰＵＩは軌道計算
及び各関節での移動量の計算を実行し、各モータコント
ローラ２−１．２−２．・・・２−ｎではモータの駆動
量を求めて別々に動作するので、これらホストＣＰＵＩ
及び各モータコントローラ２−１．２−２．・・・２−
ｎではそれぞれ計算を実行しない無駄時間が生じる。従
って、ホストＣＰＵＩ及び各モータコントローラ２−１
゜２−２．・・・２−ｎはその稼働効率が悪い。

（発明が解決しようとする課題） 以上のようにホストＣＰＵＩ及び各モータコントローラ
２−１．２−２．・・・２−ｎでは無駄時間が生じ、稼
働効率が悪い。

そこで本発明は、稼働の無駄時間が少く効率良く稼働で
きる並列分散制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、複数の被制御部分から構成される制御対象の
被制御部分をそれぞれ制御する複数の分散形コントロー
ラを備え、これら分散形コントローラは制御対象全体に
関する制御内容をそれぞれ有し、これら分散形コントロ
ーラのうち被制御部分を制御したときに最小の負荷とな
る分散形コントローラに制御内容を実行させる第１制御
手段と、この第１制御手段と多重処理される被制御部分
に応じた各制御内容の第２制御手段とを備えて上記目的
を達成しようとする並列分散制御装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、制御対象の各被制
御部分にそれぞれ備えられた各分散形コントローラのう
ち最小の付加となる分散形コントローラが第１制御手段
により制御対象全体及び被制御部分に関する制御内容を
実行し、他の分散形コントローラは第２制御手段により
被制御部分の制御内容のみを実行する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は多関節マニプレータに適用した並列分散制御装
置の構成図である。多関節マニプレータ１０はベース１
１上に設けられている。この多関節マニプレータ１０は
第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４及び
ハンド１５を有し、これらアーム１２〜１４は第１関節
１６〜第３関節１８を介して連結されている。第１アー
ム１２は第１関節１６に設けられたサーボモータの回転
軸と連結している。第２アーム１３は第２関節１７に設
けられたサーボモータの回転軸と連結し、第３アーム１
４は第３関節１８に設けられたサーボモータの回転軸と
連結している。

第１〜第３関節１６〜１８は第２図に示す構成となって
いる。これら関節１６〜１８は同一構成なので、第１関
節１６の構成を説明する。第１関節１６にはサーボモー
タ２０が備えられている。

このサーボモータ２０の回転軸２１には電磁ロック２２
及びギア２３が設けられている。このギア２３と第１ア
ーム１２との間には減速機２４が配置されている。又、
サーボモータ２０の回転軸にはエンコーダ２５が連結さ
れている。

多関節マニプレータ１０の第１〜第３関節１６〜１８に
はそれぞれ第１〜第３モータコントローラ３０．３１．
３２が設けられている。これら第１〜第３モータコント
ローラ３０〜３２は各関節１６〜１８の各サーボモータ
を駆動制御する機能を有している。そして、これらコン
トローラ３０〜３２は相互に高速通信回線３３〜３５を
介して接続されている。

これらコントローラ３０〜３２の構成は同一で具体的に
は第３図に示す如くとなっている。すなわち、ＣＰＵ４
０にはバス４１を介してＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、Ｉ１
０ポート４４が接続されている。Ｉ１０ポート４４には
モータ駆動回路４５、電磁ロック駆動回路４６及びリミ
ットスイッチ４７が接続されている。モータ駆動回路４
５には各関節のサーボモータＭが接続され、電磁ロック
駆動回路４６には電磁ロック２２が接続されている。又
、リミットスイッチ４７は各アームの移動範囲を制限す
るものである。ＲＯＭ４２には第４図に示す各プログラ
ムが記憶されている。メインプログラムは第５図の同プ
ログラムの流れ図に示すように軌道計算プログラム及び
補間計算プログラムを起動して多重処理し、かつ計画プ
ロセス移動プログラムを一定時間経過毎に起動させる制
御内容となっている。

軌道計算プログラムは第６図の同プログラムの流れ図に
示すように多関節マニプレータハンド１５の現在位置Ｐ
１から目標位置Ｐ。までの移動軌跡を所定時間間隔のポ
イントＰ工、Ｐ２゜Ｐ３・・・により算出する内容であ
る。

補間計算プログラムは第７図の同プログラムの流れ図に
示すように軌跡算出により求められた各ポイント間Ｐ１
〜ｐ２．ｐ２〜Ｐ、・・・移動させるための各関節１６
〜１８における移動量を求める内容である。

計画プロセス移動プログラムは第８図の同プログラムの
流れ図に示すように所定周期Δ（ｎ毎に各モータコント
ローラ３０〜３２のうち制御動作を実行しているときの
稼働率が最小となるコントローラを検出し、このコント
ローラに対して次の周期に軌跡計算、補間計算及び稼働
率が最小となるコントローラの検出の実行権を与える内
容である。

第１〜３モータ制御プログラムは第９図の同プログラム
の流れ図に示すように多関節マニプレータ１の動作によ
り作業対象物を搬送する際の第１〜３関節１６〜１８に
設けられた各サーボモータにそれぞれ駆動量、駆動速度
及び駆動方向の駆動制御信号を作成する内容である。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。

ここで、動作開始時には第１モータコントローラ３０が
メインプログラムを起動することが予め設定されている
。従って、動作開始時には他のモータコントローラ３１
．３２はメインプログラムを起動しない。

第１モータコントローラ３０はメインプログラム、軌道
計算プログラムをそれぞれ起動して多重処理を実行する
。すなわち、ＣＰＵ４０がメインプログラムを実行する
と、第５図に示すステップａ１において一定時間経過の
後にステップａ２において各モータコントローラ３０〜
３２のうち稼働率の低いモータコントローラを検出する
。

この稼働率は計画プロセス移動プログラムの実行により
求められる。ＣＰＵ４０は第８図に示すステップｂ１に
おいて稼働率Ｗを「０」にセットし、次のステップｂ２
において時刻をチエツクする。この時刻チエツクはステ
ップｂ３においてΔを時間経過を判断する。このＣＰＵ
４０は第１０図に示すように時刻ｔ１から時刻チエツク
を実行してΔを時間経過すると、このときに計画プロセ
ス移動プログラム以外のプログラムが起動しているかを
判断する。このとき計画プロセス移動プログラム以外の
プログラムが起動していれば、稼働率Ｗに「１」を加算
する。次にＣＰＵ４０はステップｂ５において上記判断
がｎ回、つまり４１８時間経過したかを判断する。上記
判断がｎ回実行されると、ＣＰＵ４０は稼働率Ｗを得る
。第１０図には計画プロセス移動プログラムが起動して
いる期間Ｗａと計画プロセス移動プログラム以外のプロ
グラムが起動している期間ｗｂとが示されている。この
稼働率Ｗの演算は各モータコントローラ３０〜３２にお
いてそれぞれ実行される。

ＣＰＵ４０は再びメインプログラムに戻り、ステップａ
３において各コントローラ３０〜３２の各稼働率Ｗを受
けて各モータコントローラ３０〜３２のうち２６のうち
最小の稼働率Ｗのコントローラを判断する。この最小の
稼働率のコントーラが第１モータコントローラ３０であ
れば、ＣＰＵ４０は次の周期においてメインプログラム
、軌道計算プログラム及び補間計算プログラムを継続し
て実行する。

又、同時にＣＰＵ４０は軌跡計算プログラムを多重処理
する。すなわち、ＣＰＵ４０は第６図に示すステップｋ
ｌにおいて目標位置Ｐ。を外部から受ける。次にＣＰＵ
４０はステップに２においてハンド１５の現在位置Ｐ１
を求める。このハンド１５の現在位置Ｐ１は各関節１６
〜１８の角度から計算される。次にＣＰＵ４０はステッ
プに３において目標位置Ｐ。と現在位置Ｐ１とからハン
ド１５の移動軌跡を求める。この移動軌跡は第１図に示
すように所定時間間隔の各ポイントＰ１Ｐ２・・・から
なる。

又、ＣＰＵ４０は補間計算プログラムを実行する。ＣＰ
Ｕ４０は第７図に示すステップｈ１において移動軌跡の
各ポイントＰ、、Ｐ２・・・を受ける。

ＣＰＵ４０はステップｈ２において補間計算を実行して
各ポイントＰ、〜Ｐ２、Ｐ２〜Ｐ　３　、・・・間を移
動させるための各関節角度を求める。

さらに、ＣＰＵ４０は各関節角度を受け、第９図に示す
ステップｙ２において関節角度から求められるサーボモ
ータの回転位置とエンコーダから送られてくるサーボモ
ータの現在の回転位置との偏差を求める。次にＣＰＵ４
０はステップｙ３において偏差を零とするサーボモータ
の駆動量、駆動速度及び駆動方向の駆動制御信号を作成
する。この駆動制御信号はモータ駆動回路４５に送られ
る。

これにより、サーボモータは指示された駆動量、駆動速
度及び駆動方向で回転駆動する。

一方、第２及び第３モータコントローラ、３１゜３２は
それぞれ第２及び第３モータ制御プログラムのみを実行
し、第２関節１７、第３関節１８にそれぞれ駆動制御信
号を作成する。かくして、マニプレータ１０は各アーム
１２〜１４が移動して所定の作業を行う。

ところで、第１モータコントローラ３０のＣＰＵ４０が
計画プロセス移動を実行して第２モータコントローラ３
１の稼働率が最も低くと判断すると、第１モータコント
ローラ３０のＣＰＵ４０は第２モータコントローラ３１
に対して次の周期にメインプログラムを実行させる実行
権を与える。このとき第１モータコントローラ３０のＣ
ＰＵ４０は実行権を渡すとともにメインプログラムを実
行するうえに必要なデータ、例えばハンド１５の現在位
置、目標位置Ｐｏ等を第２モータコントローラ３１に送
る。かくして、次の周期には第２モータコントローラ３
１がメインプログラムを実行するとともに第２モータ制
御プログラムを実行し、他の各モータコントローラ３０
゜３２はそれぞれ第１、第３モータ制御プログラムのみ
を実行する。

このように上記一実施例においては、各モータコントロ
ーラ３０〜３２が動作中に稼働率Ｗの小さいモータコン
トローラに順次メインプログラムを実行する権利を移す
ように構成としたので、各モータコントローラ３０〜３
２ではプログラム実行にあたっての無駄時間が少なくな
り、各モータコントローラ３０〜３２のプログラム稼働
効率が良くなる。特に多関節マニプレータ１０では動作
が少ない又は動作しない関節が生じるので、この関節を
動作制御するモータコントローラでメインプログラムを
実行でき、プログラム処理が効率高くできる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、制
御対象は多関節マニプレータの各関節に設けられたサー
ボモータに限らず、アクチュエータに代えてもよい。又
、各モータコントローラ３０〜３２は上記プログラムの
実行に加えて他のプログラムを追加しても良い。

［発明の効果コ 以上詳記したように本発明によれば、稼働の無駄時間が
少く効率良く稼働できる並列分散制御装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１０図は本発明に係わる並列分散制御装置
の一実施例を説明するための図であって、第１図は構成
図、第２図は関節の構成図、第３図はモータコントロー
ラの構成図、第４図はモータコントローラに記憶された
プログラムを示す模式図、第５図はメインプログラムの
流れ図、第６図は軌道計算プログラムの流れ図、第７図
は補間計算プログラムの流れ図、第８図は計画プロセス
移動プログラムの流れ図、第９図はモータ制御プログラ
ムの流れ図、第１０図は稼働率算出を説明するための模
式図、第１１図は従来技術の構成図である。 １０・・・多関節マニプレータ、１１・・・ベース、１
２・・・１１７−１．．１Ｂ・・・第２アーム、１４・
・・第３アーム、１５・・・ハンド、１６・・・第１関
節、１７・・・第２関節、１８・・・第３関節、３ｏ・
・・第１モータコントローラ、３１・・・第２モータコ
ントローフ、 ３２・・・第３モータコ ン トローラ、 ３３゜ ３４゜ ５・・・高速通信回線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の被制御部分から構成される制御対象の前記被制御
   部分をそれぞれ制御する複数の分散形コントローラを備
   え、これら分散形コントローラは前記制御対象全体に関
   する制御内容をそれぞれ有し、これら分散形コントロー
   ラのうち前記被制御部分を制御したときに最小の負荷と
   なる前記分散形コントローラに前記制御内容を実行させ
   る第１制御手段と、この第１制御手段と多重処理される
   前記被制御部分に応じた各制御内容の第２制御手段とを
   備えたことを特徴とする並列分散制御装置。