WO2004052598A1

WO2004052598A1 - ロボット制御装置

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Publication number: WO2004052598A1
Application number: PCT/JP2003/015834
Authority: WO
Inventors: Yasunao Okazaki; Kazuyuki Sakiyama; Katsuhiko Asai; Masaki Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2004-06-24
Also published as: US20060184272A1; CN1738699A; JP3751309B2; AU2003289022A1; JPWO2004052598A1; CN100348383C; US7415321B2

Abstract

　制御の高度な知能化のために必要な画像などの大容量データを簡素な構造でリアルタイム性を確保しつつ扱うことのできるロボット制御装置を実現する。このため、制御対象（３）の動作制御を実現するための計算処理を行う動作制御手段（５）と、上記制御対象の作業・動作計画や外界認識を行う認識・計画手段（６）と、上記制御対象への指令を出力し、上記制御対象の状態を入力するための入出力インターフェース（４）と、上記動作制御手段と上記認識・計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御する経路選定手段（２）とを備えて、上記経路選定手段で、上記動作制御手段と上記認識・計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御しながら、上記制御対象の上記作業・動作計画及び上記外界認識の結果に基づいて上記制御対象であるロボットの動作を制御する。

Description

ロボット制御装置技術分野

本発明は、知能ロボット等を実現するための、認識、判断、作業計画、動作計画などの処理を行う認識 ·計画処理系と実時間制御を行う動作制御処理系の分散階層構造を有するロボット制御装明置に関する。ここで、作業計画とは、組み立て作業の場合を例に取ると、部品をどういう順序で組み立てるかと力 \ 部品同士を

1糸

どのように組み付けるとか抽象的な概念田レベルでの計画プロセスを指す。一方、動作計画は実際の組み立て作業を実現するため食の手先の動作のための目標軌道生成や、力制御のための目標値生成を行う計画プロセスを指す。背景技術

高度な知的能力を有する知能ロボットを実現するためには、動作制御を行う動作制御系に加えて、外界の認識や作業計画、動作計画などの知能的な処理を行う認識 ·計画処理系が必要となる。

こうした知能的なロボットの制御装置を実現する構造としては図 1 0に示す構造が考えられる。図 1 0では、上記制御装置は、制御対象 1 0 5に接続される入出力インターフェース 1 0 4と、入出力インターフェース 1 0 4に接続される動作制御手段 1 0 1と、動作制御手段 1 0 1に接続される共有メモリ 1 0 3と、共有メモリ 1 0 3に接続される認識 '計画手段 1 0 2とが直列的に接続配置されるように構成されている。

ロボットの動作制御を行う動作制御系は、実時間性が必要とされるため、オペレーシヨンシステム（O S ) を使用せず直接制御プログラムを実行する処理系やリアルタイム O Sを使用したシステムで構成される動作制御手段 1 0 1で実現される。

一方、認識や作業 ·動作計画などの処理は実時間性を必要とせず、ソフトゥェァの開発環境や高速処理能力などの点から汎用のマルチタスク O Sを搭載した、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの計算機システムで構成することが好ましく、 1 0 2で示される認識 ·計画手段として、動作制御手段 1 0 1とは独立して並列で動作する処理系で実現される。

こうした、動作制御手段 1 0 1と認、識■計画手段 1 0 2という並列階層構造を採る場合、例えば、認識 ·計画手段 1 0 2の認識■計画プログラムが生成する目標軌道を動作制御手段 1 0 1に転送する場合に、時間的な受け渡しタイミングの問題が発生する。

この問題に対し、図 1 0に示す制御装置では、共有メモリ 1 0 3を設けることにより、認識 ·計画手段 1 0 2は目標軌道を共有メモリ 1 0 3に書き込み、動作制御手段 1 0 1は共有メモリ 1 0 3より目標軌道を読み込むことにより時間的なタイミングの緩衝を実現する（例えば、特開平 6— 2 9 0 0 6 0号公報参照。）。図 1 0に示す制御装置では、動作制御手段 1 0 1、認識-計画手段 1 0 2及び共有メモリ 1 0 3を接続する方法としては拡張性の点から共通バス方式が採られる。

しかしながら、上記従来構造では、さらなる知能高度化のため、複数の写像装置による複数の画像や高精細な画像の取り込みを行い、大容量のデータを扱おうとすると、バスの競合からデータ転送待ち時間が発生し、リアルタイム性が確保できなくなる問題が発生する。

こうした問題を回避するため、画像転送専用のバスを設けたり、 .各手段間を接続する専用バスを設けたりすることは、バス配線の増加などシステムの複雑化を招き、システムの拡張性の点でも問題である。

従って、本発明の目的は、上記従来構造の課題を解決し、制御の高度な知能化のために必要な画像などの大容量データを簡素な構造でリアルタイム性を確保しつつ扱うことのできるロポット制御装置を提供することにある。発明の開示

本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成している。

本発明の第 1態様によれば、制御対象の動作制御を実現するための計算処理を行う動作制御手段と、上記制御対象の作業 ·動作計画や外界認識を行う認識 .計画手段と、上記制御対象への指令を出力し、上記制御対象の状態を入力するための入出力インターフェースと、

上記動作制御手段と上記認、識 ·計画手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御する経路選定手段とを備えて、

上記経路選定手段で、上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御しながら、上記制御対象の上記作業■動作計画及び上記外界認識の結果に基づいて上記制御対象であるロボットの動作を制御するロボット制御装置を提供する。

例えば、この第 1態様の 1つの具体的な例として、実時間制御を実現するための計算処理を行う動作制御手段と、

知能処理を実現するための計算処理を行う認識 ·計画手段と、

制御対象への指令を出力し、上記制御対象の状態を入力するための入出力ィンターフェースと、

上記動作制御手段と上記認識 .計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御する経路選定手段とを備えて、

上記経路選定手段で、上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御しながら、上記制御対象であるロボットの動作を制御する口ポット制御装置を提供する。

本発明の第 2態様によれば、制御対象の動作制御を実現するための演算処理を行う動作制御手段と、 '

上記制御対象の作業 ·動作計画や外界認識を行う認、識 ·計画手段と、上記制御対象への指令を出力し、上記制御対象の状態を入力するための入出力ィンターフェースと、

上記認識■計画手段と接続される第 1経路選定手段と、

上記動作制御手段と上記第 1経路選定手段と上記入出力ィンターフェースと接続される第 2経路選定手段とを備えて、

上記第 1経路選定手段は、上記第 2経路選定手段と上記認識■計画手段との接続を切り換えることで通信を制御するとともに、上記第 2経路選定手段は、上記認識■計画手段と上記第 1経路選定手段と上記入出力インターフェースとの接続を切り換えることで通信を制御しながら、上記制御対象の上記作業 ·動作計画及び上記外界認識の結果に基づいて上記制御対象である口ポットの動作を制御するロボット制御装置を提供する。

例えば、この第 2態様の 1つの具体的な例として、実時間制御を実現するための計算処理を行う動作制御手段と、

上記認識■計画手段と接続される第 1経路選定手段と、

上記第 1経路選定手段は、上記第 2経路選定手段と上記認識 ·計画手段との接続を切り換えることで通信を制御するとともに、上記第 2経路選定手段は、上記動作制御手段と上記第 1経路選定手段と上記入出力ィンターフェースとの接続を切り換えることで通信を制御しながら、上記制御対象であるロボットの動作を制御するロボット制御装置を提供する。

本発明の第 3態様によれば、上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する機能を有して、上記経路選定手段により、上記データ転送の優先順位に従つて上記動作制御手段と上記認識■計画手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした第 1又は 2の態様に記載の口ボット制御装置を提供する。

本発明の第 4態様によれば、上記経路選定手段は、上記制御対象の制御状況に応じてデータ転送の優先順位を制御して、上記経路選定手段により、上記制御対象の制御状況に応じて上記データ転送の優先順位に従って上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした第 3の態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第 5態様によれば、上記経路選定手段は、転送データ中に埋め込まれた優先順位データによりデータ転送の優先順位を制御する第 3の態様に記載の口ポット制御装置を提供する。

本発明の第 6態様によれば、上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する際に、非優先データの転送を一時停止するよう動作する第 3の態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第 7態様によれば、上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する際に、非優先データの間引きを実行するよう動作する第 3の態様に記載のロポット制御装置を提供する。

本発明の第 8態様によれば、上記経路選定手段は、データ転送容量の占有率を制御する機能を有して、上記経路選定手段により、上記データ転送容量の占有率に従って上記動作制御手段と上記認識■計画手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした第 1又は 2の態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第 9態様によれば、上記経路選定手段は、上記制御対象の制御状況に応じて上記データ転送容量の上記占有率を制御して、上記経路選定手段により、上記制御対象の制御状況に応じて上記データ転送容量の上記占有率に従って上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした第 8の態様に記載の口ボット制御装置を提供する。

本発明の第 1 0態様によれば、上記経路選定手段は、転送データ中に埋め込まれた占有率データにより上記データ転送容量の上記占有率を制御する第 8の態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第 1 1態様によれば、上記経路選定手段は、データ転送のクロック速度を制御する機能を有して、上記制御対象の制御状況に応じて上記データ転送のク口ック速度を変化させ、上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした第 1又は 2の態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第 1 2態様によれば、上記制御対象の制御状況は制御誤差である第 4、 9、又は 1 1の態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第.1 3態様によれば、上記制御対象の制御状況は制御目標値である第 4、 9、又は 1 1の態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第 1 4態様によれば、上記経路選定手段は、データ転送要求を告知するための専用信号線を有する第 3〜 7のいずれか 1つの態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第 1 5態様によれば、上記経路選定手段は、上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段間の時間的な緩衝をとる記憶手段を有して、

上記経路選定手段は、上記動作制御手段と上記認識■計画手段と上記共通記憶手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御する第 1又は 2の態様に記載のロボット制御装置を提供する。

本発明の第 1 6態様によれば、上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する際に、非優先データを上記記憶手段に待避するよう動作する第 9の態様に記載のロボット制御装置を提供する。図面の簡単な説明

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、

図 1は、本発明の第 1実施形態におけるロボット制御装置の構成を示すプロック図であり、

図 2は、本発明の第 1実施形態におけるロボット制御装置の経路選定手段の構造を示すブロック図であり、

図 3は、本発明の第 1実施形態におけるロボット制御装置の入出力インターフエースの構造及びロボットを示す図であり、

図 4は、本発明の第 1実施形態におけるロボット制御装置の動作制御手段あるいは認識 ·計画手段の構造を示すプロック図であり、

図 5は、本発明の第 1実施形態における作業動作に関するフローチャートであり、

図 6は、本明の第 1実施形態におけるロボット制御装置の動作制御手段で実行される制御プログラムのアルゴリズムを示すフローチヤ一トであり、

図 7は、転送モードの説明図であり、図 8 A, 図 8 Bはそれぞれ本発明の第 2実施形態におけるロボット制御装置の構成を示す図及びロボットの図であり、

図 9 A, 図 9 Bはそれぞれ本発明の第 3実施形態におけるロボット制御装置の構成を示す図及び口ボットなどの制御対象の図であり、

図 1 0は、従来の制御装置の構成を示すプロック図であり、

図 1 1は、本発明の上記実施形態におけるロボット制御装置の L S I間の配線を示す説明図であり、

図 1 2 A, 図 1 2 B , 図 1 2 Cはそれぞれ本発明の第 1実施形態におけるマ二ュピュレータの作業動作を説明するための説明図であり、

図 1 3 A, 図 1 3 B，図 1 3 C，図 1 3 Dはそれぞれ本発明の第 2実施形態における 2本のアームの作業動作を説明するための説明図であり、

図 1 4は、音声認識機能を追加された、本究明の第 2実施形態におけるロボット制御装置の構成の一部を示す図であり、

図 1 5は、リアルタイム処理を説明するための説明図であり、

図 1 6は、データ転送 1〜5と転送先とデータ種と優先データとの関係の表を示す図であり、

図 1 7は、第 1— A実施形態における、経路選定手段での転送制御方法を説明する表を示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

以下、図面を参照して本発明における種々の実施形態を詳細に説明する。

(第 1実施形態）

図 1は本発明の第 1実施形態におけるロボット制御装置 1の構成を示す図である。図 1において、 2はロボット制御装置 1内のデジタノレ信号の経路を切り換える経路選定手段である。経路選定手段 2には、本実施形態におけるロボット制御装置 1の制御対象 3への指令を出力するとともに上記制御対象 3の状態を入力するため上記制御対象 3に接続された入出力インターフェース 4と、制御対象 3の動作制御を行うための実時間の計算などの計算処理を行う動作制御手段 5 (一つの具体例としては、制御対象 3の制御を行うための実時間の計算を行うリアルタィム処理手段 5 ) と、制御対象 3の作業■動作計画や外界認識を行う認識■計画手段 6 (一つの具体例としては、制御対象 3の作業 ·動作計画や外界認識を行う非リアルタイム処理手段 6 ) と、共通記憶手段 7とが接続されて、上記動作制御手段 5と上記認識 '計画手段 6と上記入出力インターフェース 4との間の接続を切り換えることで通信を制御するようにしている。このように、上記口ポット制御装置 1は、上記経路選定手段 2で、上記動作制御手段 5と上記認識 .計画手段 6と上記入出力インターフェース 4との間の接続を切り換えることで通信を制御しながら、上記制御対象 3の上記作業■動作計画及び上記外界認識の結果に基づいて上記制御対象 3である口ボットの動作を制御するようにしている。各手段などの間の接続は、シリアルなデジタルデータで通信を行ぅシリアル伝送路で構成されており、バケツト通信による双方向通信が可能となっている。

なお、上記動作制御手段 5は、制御対象 3の動作制御を行うための計算処理をリアルタイムで処理するときにはリアルタイム処理手段 5として機能させることができる一方、制御対象 3の動作制御を行うための計算処理を、リアルタイムや非リアルタィムであるかを問わずに処理するときには、単に、上記動作制御手段 5として機能させればよい。同様に、上記認識 '計画手段 6は、制御対象 3の作業 ·動作計画や外界認識を非リアルタィムで処理するときには非リアルタィム処理手段 6として機能させることができる一方、制御対象 3の作業■動作計画や外界認識を、リアルタィムゃ非リアルタィムであるかを問わずに処理するときには、単に、上記認識 '計画手段 6として機能させればよい。以下の実施形態では、具体的な例として、上記動作制御手段 5をリアルタィム処理手段として、上記認識■計画手段 6を非リアルタイム処理手段 6としてそれぞれ記載するが、特に、上記動作制御手段 5をリアルタィム処理手段 5として機能させる必要が無!/ヽときには、単に上記動作制御手段 5として読み替えることができるとともに、上記認識 ·計画手段 6を非リアルタイム処理手段 6として機能させる必要が無いときには、単に上記認識 ·計画手段 6として読み替えることができる。

ここで、制御対象 3の一例である口ポットとして、 4自由度のマニピュレータ 4 8の制御を行う場合を例に採り、第 1実施形態のロボット制御装置 1の構成についてさらに詳しく説明する。図 2は、上記経路選定手段 2の構造を示す図であり、分かりやすくするために主要な機能プロックのみを示している。

図 2において、 2 1は経路選定手段 2の機能を司る I /Oコントローラ等が統合されたワンチップ型の C P U、 2 2は C P U 2 1に接続されかつデジタル信号の経路を切り換えるスィツチである。スィツチ 2 2は複数の外部入出力ポート 2 2 1 a〜2 2 1 dを持ち、それぞれ入出力インターフェース 4と、動作制御手段 5と、認識 ·計画手段 6と、共通記憶手段 7とに接続されている。さらに、スィツチ 2 2は、 C P U 2 1と接続された内部ポート 2 2 2を持ち、内部ポート 2 2 2を通じて C P U 2 1により、外部入出力ポート 2 2 1 a〜 2 2 1 dのそれぞれと内部ポート 2 2 2との間のデータ転送経路の切換が制御される。

図 2において、 2 3は、 C P U 2 1に接続されかつ C P U 2 1を動作させるためのプログラムや経路切換のためのデータが格納された記憶手段である。

図 3は入出力インターフェース 4の構造を示す図である。図 3において、 4 1 はシリアル一パラレル変換手段であり、外部入出力ポート 4 1 1と内部出力ポート 4 4と内部入力ポート 4 7とで入出力されるデータ間のシリアル一パラレル変換をシリアル一パラレル変換手段 4 1により行う。外部入出力ポート 4 1 1はシリアル伝送路で経路選定手段 2に接続されている。また、内部出力ポート 4 4には、共通パラレルバス方式の伝送線路で D/Aコンバータ 4 2 a〜4 2 dが接続されており、 DZAコンバータ 4 2 a〜4 2 dの出力はモータードライバ 4 3 a

~ 4 3 dに接続されている。モータードライバ 4 3 a ~ 4 3 dは、マニュピユレータ 4 8の各関節に組み込まれたモータ（図示せず）に接続され、 D/Aコンパータ 4 2 a〜4 2 dからの出力信号に応じてマニュピユレータ 4 8のそれぞれの関節のモータをそれぞれ独立的に駆動する。一方、内部入力ポート 4 7には、共通パラレルバス方式の伝送線路で力ゥンタ 4 5及び画像取込手段 4 6が並列に接続されている。カウンタ 4 5には、マユュピユレータ 4 8の各関節に組み込まれたエンコーダ（図示せず）が接続され、上記各モータにより回転されるマ-ュピユレータ 4 8の各関節の角度が上記エンコーダにより検出されて、カウンタ 4 5 にそれぞれ入力される。画像取込手段 4 6には撮像装置 4 9が接続され、マニュピユレータ 4 8による把持対象等の画像が撮影される。

図 4は動作制御手段 5あるいは認識 ·計画手段 6の構造を示す図である。ハードウエア的には動作制御手段 5と認識 ·計画手段 6は同一の構成の一般的なコンピュータアーキテクチャの C P Uポードであり、図 4には主要な機能プロックのみ示している。図 4において、 5 1は制御を実現するための計算処理を行う C P Uである。 5 2は I /Oコントローラ、メモリコントローラ等が統合されたチップセットであり、外部とのデータの入出力を行うシリアルポート 5 4とを有している。また、 5 3は計算処理を行うためのプログラムやデータを格納する記憶手段である。チップセット 5 2の 2つの内部ポート 5 2 1 a , 5 2 1 bにはそれぞれ C P U 5 1と記憶手段 5 3とが別々に接続されている。

ソフトウェア的には、動作制御手段 5は、〇S (オペレーティングシステム）を搭載せず、制御のためのプロセス（例えば、制御対象 3の制御を行うための実時間の計算）がシングルタスクで実行されている。一方、認、識-計画手段 6は、記憶手段 5 3に記憶されたマルチタスクの O Sを搭載し、マエュピユレータ 4 8 の作業計画のためのプロセス、動作計画のためのプロセス及ぴ画像認、識のための画像認識プロセスが時分割のマルチタスクで実行されている。

以上の構成のロボット制御装置 1の動作について、図 5のフローチャートに示す、ある領域内に置かれた（対象物の一例としての）直方体の物体 9 0を画像認識を使ってマニュピユレータ 4 8のアーム 4 8 bの先端の手先効果器 4 8 aで把持し、手先効果器 4 8 aで把持された直方体の物体 9 0を所定の位置へ移動する作業を例に説明する。

図 5のフローチャートに示す動作ステップは、認識 ·計画手段 6で実行される作業計画プロセスによつてその実行順序が計画され、進行が管理される。

まず、ステップ S 1での作業計画プロセスは、画像認識プロセスを呼び出す。すなわち、認識 '計画手段 6で実行される画像認識プロセスは、入出力インターフェース 4に接続された撮像装置 4 9より取り込んだ画像を元にマニュピユレ一タ 4 8で把持する直方体の物体 9 0の位置、姿勢及び大きさを認識し（図 5のステツプ S 1 ) 、認、識結果のデータは、マニュピユレータ 4 8から見た直方体の物体 9 0の絶対座標系の位置 ·姿勢、形状デ^ "タとしてプロセス間通信により作業計画プロセスに引き渡す。認識 ·計画手段 6で生成される動作計画プロセスは、弓 Iき渡された位置■姿勢、形状データを基に、手先効果器 4 8 aが初期位置から直方体の物体 9 0まで移動して直方体の物体 9 0を手先効果器 4 8 aで把持するための軌道及ぴ把持した直方体の物体 9 0を所定の位置へ手先効果器 4 8 aで運搬するための軌道を、例えば多項式補間を使って生成する。認識'計画手段 6で生成される目標軌道データは、各時刻におけるマニュピユレータ 4 8の手先効果器 4 8 aの位置（手先位置） ·姿勢及び手先効果器 4 8 aの動作の速度■角速度という形式で生成され、シリアルデータとしてシリアルポート 5 4より経路選定手段 2に転送される。

経路選定手段 2は、認識 ·計画手段 6から転送される目標軌道データを共通記憶手段 7の所定の位置に格納するように動作する。したがって、マニュピユレ一タ 4 8の手先効果器 4 8 aがどのように動くべきかを示す目標軌道データは、常に共通記憶手段 7を参照すればよい。

動作制御手段 5では、マニュピュレータ 4 8の手先効果器 4 8 aを目標軌道データどおりに動作させるための制御プログラムが、以下のように実行される（図 5のステップ S 2〜S 7 ) 。

すなわち、図 5のステップ S 1で直方体の物体 9 0の位置、姿勢及び大きさを認、織したのち、図 5のステップ S 2では、図 1 2 Aにも示すように、目標軌道データに基づき制御対象 3であるマニュピュレータ 4 8が上記制御装置 1により動作制御されて、マニュピュレ一タ 4 8の手先効果器 4 8 aが直方体の物体 9 0の近傍に移動する、アーム 4 8 bの把時準備動作が行われる。一例として、図 1 2 Aでは、マニュピユレータ 4 8の基端部周りに、マニュピユレータ 4 8の手先効果器 4 8 aが直方体の物体 9 0に対向する位置まで回動される。

次いで、図 5のステップ S 3では、画像認、識によるアーム 4 8 bのアプローチ動作が行われる。これは、具体的には、ビジュアルフィードバックであって、マニピュレータ 4 8の手先効果器 4 8 aと直方体の物体 9 0の相対的な位置関係を画像認識により検出し、手先効果器 4 8 aと直方体の物体 9 0が接触しないように手先効果器 4 8 aの位置を微調整しながら、図 1 2 Bにも示すように、手先効果器 4 8 aにより物体 9 0を把持可能な位置まで手先効果器 4 8 aを移動させる。次いで、図 5のステップ S 4では、目標軌道データに基づき制御対象 3であるマニュピユレータ 4 8が上記制御装置 1により動作制御されて、図 1 2 Cにも示すように、手先効果器 4 8 aを閉じて、直方体の物体 9 0を挟み込むことで把持を行う把持動作が行われる。

次いで、図 5のステップ S 5では、撮像装置 4 9により撮像されて画像取込手段 4 6に撮り込まれた画像情報に基づく、画像認識による把持確認、すなわち、手先効果器 4 8 aによる直方体の物体 9 0の把持動作が成功した力否かが判断される。具体的には、手先効果器 4 8 aと直方体の物体 9 0の相対的な位置関係を画像認識により検出し、手先効果器 4 8 aの指の間に直方体の物体 9 0が位置しているかどうかにより、把持動作の成否が作業計画プロセスにより判断される。すなわち、手先効果器 4 8 aの指の間に直方体の物体 9 0が位置している場合

(図 1 2 C参照）には、把持動作成功であり、手先効果器 4 8 aの指の間に直方体の物体 9 0が位置していない場合には、把持動作が失敗と判断される。把持動作失敗と判断された場合には、作業計画プロセスは動作ステップをステップ S 3 に戻し、画像認識による手先効果器 4 8 aの位置の微調整が行われたのち、ステップ S 4及び S 5が再度行われる。把持動作成功と判断された場合には、ステツプ S 6に進む。

次いで、図 5のステップ S 6では、目標軌道データに基づき制御対象 3であるマュピュレータ 4 8が上記制御装置 1により動作制御されて、手先効果器 4 8 aにより把持された直方体の物体 9 0の運搬動作を行う。

次レ、で、図 5のステップ S 7では、所定位置まで直方体の物体 9 0を運搬して設置したのち、マユュピュレータ 4 8が上記制御装置 1により動作制御されて、直方体の物体 9 0を把持していた手先効果器 4 8 aの指が広げられ、直方体の物体 9 0が手先効果器 4 8 aから解放される。

次に、動作制御手段 5により実行される上記制御プロダラムの動作ステップについて図 6を参照しながら説明する。

図 6のステップ S 1 1では、動作制御手段 5が経路選定手段 2にマ-ュピユレータ 4 8の関節角度データの転送を要求する。関節角度データを要求された経路選定手段 2は、入出力インターフェース 4にカウンタ 4 5に入力されている関節角度データのデータ転送を要求し、カウンタ 45に入力されていたマニュピユレータ 48の各関節のエンコーダが入出力インターフェース 4を介して経路選定手段 2に返送され、経路選定手段 2から動作制御手段 5に各関節のエンコーダ値が現在の関節角度データ（関節変数ベクトル q= [S θ ₂, 0₃， θ₄]^τ、ただし 0 iは第 i関節の角度）として転送される。

図 6のステップ S 12では、マニュピユレータ 48の運動学計算に必要なヤコビ行列 J _r等の計算が動作制御手段 5により行われる。

次いで、図 6のステップ S 13では、転送されてきた現在の関節角度データである関節変数べクトル qを使用して、マニュピユレータ 48の手先効果器 48 a の現在の手先位置■姿勢べクトル rが動作制御手段 5により計算される。

図 6のステップ S 14では、手先位置に関する位置サ一ボ補償入力値べクトル u_pが下記の式（1) を使い、動作制御手段 5により計算される。

U_{p =} (1)

ただし、 r _dは手先 '位置■姿勢べクトルの目標値、 K_p及び K_vはフィードバックゲイン行列である。

予め、位置サーポ補償の目標値べクトル r _dは認識'計画手段 6で計算され、計算結果が共通記憶手段 7に格納されているため、経路選定手段 2を介して共通記憶手段 7から動作制御手段 5へ、格納されていた位置サーポ補償の目標値べクトル r ₄の取り込みが行われる。

図 6のステップ S 15では、制御実現のため、マニュピユレータ 48に加えるべき駆動力べクトル τが、運動方程式及び位置サーボ補償入力値べクトル u_pより、下記の式（2) を使い動作制御手段 5により計算される。

て ^{= K} T ^U p (2) ただし、 K_Tはトルク係数行列である。

図 6のステップ S 1 6では、ステップ S 1 5で動作制御手段 5により計算された駆動力値べクトル τが、動作制御手段 5の外部入出力用シリアルポート 5 4より駆動力指令値として出力される。駆動力指令値を受け取った経路選定手段 2は、入出力インターフェース 4に駆動力指令値を転送し、駆動力指令値が入出力インターフェース 4を介して DZAコンバータ 4 2に入力され、 D/Aコンバータ 4 2によりデジタル信号の駆動力指令値が電圧指令値に変換されて、 D/ Αコンバータ 4 2から入出力インターフェース 4を介して出力される。電圧指令値を入出力インターフェース 4から受けたモータードライバ 4 3 a ~ 4 3 dは、マニュピュレータ 4 8の各関節や手先効果器 4 8 aに駆動力を発生させる。

動作制御手段 5では、以上の図 6のステップ S 1 1〜ステップ S 1 6の計算処理ループが実行されることでソフトウェアフィードバック制御系が構成され、例えば l m s e cといった決まった時間間隔で、関節角度データの取り込み、及び、駆動力指令値の出力が実行され、実時間の制御が実現される。このようにして求められて出力される駆動カイ直に基づき、上記したマ二ュピュレータ 4 8の制御動作が実行される。

なお、ロボットに電源が入っている間は制御を常にかけている場合を想定しているため、上記処理はエンドレスループになっている。よって、目標値として一定値を与え続ければ静止させることも可能である。

上記制御動作において、図 1 6及び図 7に示すように、

①経路選定手段 2は、認識 ·計画手段 6から共通記憶手段 7への目標軌道デ —タの転送（データ転送 1 ) 、

②共通記憶手段 7から動作制御手段 5への目標軌道データの転送（データ転送 2 ) 、

③入出力インターフェース 4から認識■計画手段 6への画像データの転送

(データ転送 3 ) 、

④入出力ィンターフェース 4から動作制御手段 5への関節角度データの転送 (データ転送 4 ) 、

⑤動作制御手段 5から入出力ィンターフェース 4への駆動力値指令データの転送（データ転送 5 ) 、

を実行する。これらの転送要求は、動作制御手段 5と認識 .計画手段 6とが独立して並列で動作しているため、時間的に同時になり、重なってしまう場合が発生する。特に、画像データは容量が大きく、画像データ転送時には重なる確率が高くなり、頻繁に転送待ちが発生する。

このような、動作制御手段 5と認識 '計画手段 6とからの転送要求の同時発生に対して、上記したように、経路選定手段 2はデータ転送の優先順位に基づく制御を行う。すなわち、経路選定手段 2は複数のデータ転送モードを設定することができ、各転送モードでデータ転送の優先パターンが異なる。一例として、データ転送の優先パターンとしては、以下に示すように、上記制御対象の制御状況に応じて、転送モード 1、転送モード 2、転送モード 3の合計 3つが経路選定手段 2に設定されている。

転送モード 1では、動作制御手段 5からの転送要求を優先するように経路選定手段 2が動作する。経路選定手段 2と動作制御手段 5の間にはデータ転送要求を告知する専用信号線が配設されており、経路選定手段 2は動作制御手段 5のデータ転送要求を検知することができる。データ転送 4及びデータ転送 5の場合、経路選定手段 2と入出力インターフェース 4との間の伝送路が、関節角度データあるいは駆動ィ直指令データの転送に優先的に使用されるように経路選定手段 2が動作し、その間、画像データの転送（データ転送 3 ) は、データを間引いて転送されるカ \ 伝送路の容量に余裕がない場合には画像データの転送が一時停止される。関節角度データあるいは駆動値指令データの転送終了後、画像データの転送が行われるように経路選定手段 2が動作する。また、データ転送 2の場合には、経路選定手段 2と共通記憶手段 7との間の伝送路が優先的に使用されるように経路選定手段 2が動作するため、認識■計画手段 6から共通記憶手段 7への目標軌道データの転送（データ転送 1 ) は一時的に停止され、転送すべきデータは経路選定手段 2の記憶手段 2 3に記憶されて待避させられる。経路選定手段 2と共通記憶手段 7との間の伝送路でのデータの転送終了後、上記目標軌道データの転送が行われるように経路選定手段 2が動作する。一方、優先されるべきデータ転送 2， 4及び 5は、図 6に示したように、ステップ S 1でデータ転送 4、ステップ S 4 でデータ転送 2、ステップ S 6でデータ転送 5が実行されるため、時間的に重なることはない。

なお、上記専用信号線とは、以下のようなものである。すなわち、図 7中では、データ転送ラインを 1つの矢印で記しているが、実際には、ロボット制御装置の L S I間の配線には、シリアル転送の場合でも、信号線と G ND、上り下り専用信号線（すなわち上り信号線と下り信号線）を設ける場合など複数の配線が存在する。「専用信号線」は図 1 1のように、上記信号線とは別に、データ転送要求のためだけのデータ転送要求専用信号線を設け、このデータ転送要求専用信号線を通じて、要求の告知を高速に行なうものである。

以上のように、転送モード 1の場合、経路選定手段 2がデータ転送を制御することにより、動作制御手段 5は常に待つことなく関節角度データの取得や駆動力指令値の出力を行うことができ、短い制御周期であってもリアルタイム性が確保され、安定した制御が実現する。また、各手段などの間のデータ転送はパケットを使ったシリアル通信により実行されるため、バケツト間を利用した多重通信が可能であり、さらに転送待ちを減らすことが可能である。

転送モード 2では、データ転送 3 (画像データの転送）がデータ転送 4 , 5よりも優先されるように経路選定手段 2が動作する。画像データの転送を優先することで、把持対象物の認識などの画像認識を高速に行うことができる。一方、動作制御手段 5は、 .リアルタイム処理手段として機能させるときにはリアルタイム性を確保するために、制御周期を長くし、力つ、認識-計画手段 6を非リアルタィム処理手段 6として機能させて、この認識■計画手段 6で実行されている作業計画プロセスが制御対象 3の低速な動作を計画するか又は動作を停止させることにより、制御対象 3の動作が不安定になることを防止する。

転送モード 3では、特定のデータ転送を優先せず、均等にあるいは特定の比率で各データ転送を行うように経路選定手段 2が動作するモードである。この転送モード 3によれば、画像認識で把持対象を認識しながらアーム位置を修正するビジュアルフィードバックのような画像データの転送と駆動力指令及び関節角度データのリアルタイムな転送の両立が必要な動作が実現される。

ここで、図 1 6において、「〇」がついている意味は、「〇」が付いているデータ転送は他のデータ転送とバッティングしたときに「〇」が付いているものが優先されるという意味である。したがって、転送モード 3の場合は、バッティングが起こっても特に優先転送するデータは無いということで、「〇」は付いていない。

これらの転送モードの設定は、例えば上記制御対象の制御状況に応じて、作業計画プロセスで計画されてデータ転送の優先順位が予め決められ、モード設定データとして経路選定手段 2に転送されて設定される。ある領域内に置かれた直方体の物体 9 0を画像認識を使ってマ-ュピュレータ 4 8の手先効果器 4 8 aで把持し、所定の位置へ移動する作業の場合、転送モードは、図 5の右側に示すように経路選定手段 2により切換が行われ、迅速かつ安定した作業が実現する。すなわち、図 5のステップ S 1で、直方体の物体 9 0の位置、姿勢及び大きさを認識するときは転送モード 2、図 5のステップ S 2で、アーム 4 8 bの把持準備動作が行われるときは転送モード 1、図 5のステップ S 3で、画像認識によるアームのアプローチ動作が行われるときは転送モード 3、図 5のステップ S 4で、手先効果器 4 8 aによる直方体の物体 9 0の把持動作が行われるときは転送モード 1、図 5のステップ S 5で、画像認識による把持確認が行われるときは転送モード 2、図 5のステップ S 6で、直方体の物体 9 0の運搬動作を行うときは転送モード 1、図 5のステップ S 7で、直方体の物体 9 0を運搬して設置'解放するときは転送モード 1とするように、経路選定手段 2が転送モードを切り換える。

また、上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する際に、非優先データの伝送を停止させる代わりに、非優先データの間引きを実行するよう動作させることもできる。すなわち、非優先データが画像データの場合、間引くことによりデータの容量を小さくすることができるが、画像の質は落ちることになり、鮮明さが低下することになる。すなわち、鮮明さが低下すると、画像認識の精度が低下する。一方、画像データである非優先データの伝送を一時停止する場合には、画像の伝送が完全に停止されて画像を得ることはできないが、画像データである非優先データの伝送を「間引き」する場合には、粗いながらも画像が得られるので処理は続行できる。

なお、本実施形態での経路選定手段 2は、 C P Uなど個別の L S I部品による C P Uポードとしての例を採用したが、すべての機能を集約した 1チップ L S I での構成も可能である。

また、本実施形態では、経路選定手段 2はデータ転送要求を告知する信号線により転送要求を検知するとしたが、転送データに転送要求元の I Dデータを埋め込むことによつても転送要求を検知することは可能である。

また、本実施形態では転送モードを 3種類としたが、これに限られるわけではなく、制御対象 3の構造や作業内容によって、モードの種類や数を異ならせることができる。

上記第 1実施形態のロポット制御装置 1によれば、リアルタイム処理手段 5として機能させるべく実時間制御を実現するための計算処理を行う動作制御手段 5 と、非リアルタイム処理手段 6として機能させるベく知能処理を実現するための計算処理を行う認識 ·計画手段 6と、制御対象 3への指令を出力し、制御対象 3 の状態を入力するための入出力インターフェース 4と、上記動作制御手段 5と上記認識 ·計画手段 6と上記入出力インターフェース 4との間の接続を切り換えることで通信を制御する経路選定手段 2とを備えて、上記動作制御手段 5での処理結果に基づいて制御対象 3であるロボットの動作を制御するようにしている。よつて、上記手段など 4， 5， 6の間の接続を切り換えることで通信を制御する経路選定手段 2を備えるという簡素な構造で、制御の高度な知能化のために必要な画像などの大容量データを、リアルタイム性を確保しつつ、扱うことができる。これにより、システムの拡張を行うときには経路選定手段 2に新たな手段を接続するだけでよいといった、システムの拡張性を確保しつつ、各手段など 4， 5 , 6の間の接続を簡素な構造にすることができ、かつ、各手段など 4， 5 , 6の間の通信を、転送待ちの発生が少なくなるように、制御することができる。

また、 C P Uの演算処理能力が高速であり、自由度数が、例えば 3以下のロボットアームの制御等、複雑な制御が必要ない場合には、動作制御手段 5を非リアルタイム処理手段で構成しても動作制御は可能である。この場合には、動作制御手段 5として汎用のマルチタスク O Sが搭載された C P Uボード等の使用が可能であり、システムの構築や制御プログラムの作成が容易であるという利点を有する。また、認識 '計画手段 6をリアルタイム手段で実現することも可能であり、その場合には O Sを搭載しない小規模な C P Uボードゃ、小規模なリアルタイム〇 Sを搭載した C P Uボード等、簡素なシステムとすることができる。また、特に. 動作計画をリアルタイム処理手段で実現する場合には、リアルタイムに目標軌道の生成が可能となり、動作制御を安定して行うことができる。

また、上記経路選定手段 2は、上記動作制御手段 5からの転送要求を優先するよう動作することで、動作制御手段 5の実時間性を確保することができる。

また、上記経路選定手段 2は、記憶手段 2 3を有するとともに、上記動作制御手段 5と上記認識■計画手段 6と入出力ィンターフェース 4と、上記経路選定手段 2とが互いにシリアノレ伝送路により接続されるようにすることにより、上記経路選定手段 2の記憶手段 2 3で、転送すべきデータのうち待機させられるデータが経路選定手段 2の記憶手段 2 3に記憶されて待避させられることにより、上記動作制御手段 5と上記認識 ·計画手段 6間の時間的な緩衝をとることができるようになる。

(第 1一 A実施形態）

図 1 7は第 1— A実施形態における、経路選定手段での転送制御方法を説明する表を示す図である。第 1— A実施形態の構成は第 1実施形態と同様であるが、転送の優先順位ではなく、転送のデータ占有率で制御を行う。例えば、認識 '計画手段と経路選定手段を接続する伝送路では、データ転送 1の占有率 A (%) を決めることにより経路選定手段により転送されるデータの制御を行う。ただし、 0≤A≤ 1 0 0である。また、制御 I Fと経路選定手段を接続する転送路では、データ転送 4の占有率 D (%) およびデータ転送 5の占有率 E (%) を決めることにより経路選定手段により転送されるデータの制御を行う。ただし、 O D≤ 1 0 0、 0≤E≤ 1 0 0 かつ、 + 0 0である。他の占有率 B、 C F、 Gも同様である。

占有率は制御状況に応じて動作制御手段や認識■計画手段において決定され、パケットデータとして経路選定手段に転送される。経路選定手段では、送信された占有率に基づきデータ転送の比率を制御する。

データ転送の占有率を決定する指標としては、位置制御の目標値、制御誤差を使用する。例えば、認識 '計画手段と経路選定手段を接続する伝送路では、占有率 A (%) が

A= ：。 _d I c rrf/ ί I (1 -A- 1) により決定される。すなわち、手先位置 '姿勢の目標値べクトルの時間微分値に定数ゲイン。 _dをかけた値を占有率 A (%) とする。

式（1— A— 1) の計算は認識'計画手段において行われ、占有率 Aのデータはバケツトデータとして認識■計画手段から経路選定手段に転送され、経路選定手段は受信した占有率に基づき、認識 ·計画手段と経路選定手段を接続間のデータ転送の比率がデータ転送 1 = A%、データ転送 3 = 100 -A%となるようにデータ転送を制御する。

式（1—A— 1) によれば、目標値の変化率が大きいとき、すなわち、目標速度が大きいとき占有率 Aが大きくなり、確実に目標値が転送され、制御を安定させることができる。例えば、手先の目標速度の最大値が 0. 5 mZ sの場合には、 i:_ad= 1 60 sZmとすれば手先の移動速度が最大の時に A= 80%となり、手先が高速に移動するときには、動作制御に必要な目標軌道データを転送するデータ転送 1が、データ転送 3より占有率が高くなり、制御を安定させることができる。

また、制御 I Fと経路選定手段を接続する伝送路では、占有率 D (%) および占有率 E (%) 力 S

D = E= 。 _e | (r_d-r) \ (1—A—2) により決定される。ただし、 :。_eは定数ゲインである。

式（1— A— 2) の計算は動作制御手段において行われ、占有率 D、 Eのデータはバケツトデータとして動作制御手段から経路選定手段に転送され、経路選定手段は受信した占有率に基づき、制御 I Fと経路選定手段を接続間のデータ転送の比率がデータ転送 3 = 1 00— D— E%、データ転送 4=D%、データ転送 5 = E %となるようにデータ転送を制御する。

式（1— A— 1 ) によれば、アーム手先位置 '姿勢誤差 r d— rが増加すると占有率 D、 Eが増加し（ただし、 1 0 0以上にはしない）、アームのリアルタイムの動作制御に関係するデータ転送 4およびデータ転送 5の転送データにおける比率が増加し、制御は安定する方向に向かい、制御誤差は減少する。

なお、経路切換手段と他の手段間の通信はデータ転送のみではなく、他にも占有率データや転送先を示すアドレス等の他の通信も行われるため、占有率 1 0

0 %でも通信帯域のすべてを占有するわけではなく、データ転送用に割り与えられた帯域の 1 0 0 %を意味する。

また、本実施形態では占有率の最大値を 1 0 0 %として説明を行ったが、動作モードに応じて最大値を 1 0 0 %以下の値に制限することによりさらに高度な制御が可能である。例えば、図 5と同様の動作を行う場合、ステップ S 2ではァームの動作制御のみを行い、画像認識処理は必要ないため、データ転送 1の最大占有率を 1 0 0 %としても動作可能であるが、ステップ S 3はビジユアノレフイードバックであり、画像認識処理と動作制御を同時に行う方が動作をよりスムーズに行うことができるため、データ転送 1の最大占有率を、例えば 7 0 °/₀に限定すれば動作制御のみが行われ、画像認識処理が停止してしまうということもなく、確実な動作が可能となる。

また、本実施形態ではデータ転送 1の占有率を A°/₀とし、データ転送 1の占有率を基準に考えたが、これに限られるわけではなく、より高度な制御として、動作モードに応じて基準を切り換える方法が考えられる。例えば、図 5と同様の動作を行う場合、ステップ S 1及びステップ S 3では画像認識が必要であるため、画像データの転送を行うデータ転送 3を基準とし、ステップ S 2では動作制御が必要であるため、データ転送 1を基準として定めることによりロボットとしてより確実な動作が可能となる。

(第 2実施形態）

図 8 Aは本発明の第 2実施形態における口ボット制御装置 1 Aの構成を示す図である。図 8 Aに示すように、第 2実施形態の口ボット制御装置 1 Aは、 1 a〜 1 eの 5つの第 1〜第 5分散制御装置から構成され、図 8 Bに示す左右の 2本のアーム 5 6 , 5 7を有しかつ制御対象 3の一例であるロボットとして、自律移動ロボット 5 5の体内に分散されて配設されて、それぞれの機能ブロックを構成している。すなわち、第 1分散制御装置 1 aは動作の計画や判断を司る知能プロック、第 2及び第 3分散制御装置 1 b及び 1 cは先端に手先効果器 5 6 a , 5 7 a を有する 2本のアーム 5 6， 5 7の動きを制御するアーム制御ブロック、第 4分散制御装置 1 dは左右の 2つの車輪 5 8， 5 8を駆動することで移動口ボット 5 5の移動を司る移動制御プロック、第 5分散制御装置 1 eはカメラゃセンサ 5 9 からの情報を取込み、外界の状況を認識する認識プロックとなっている。

具体的には、以下のような構成となっている。ただし、経路選定手段 2 a , 2 b， 2 c， 2 d , 2 eは、先の実施形態の経路選定手段 2と同様な構成を有して同様な機能を基本的に行うものである。また、入出力インターフェース 4 b， 4 c , 4 dは、先の実施形態の入出力ィンターフェース 4と同様な構成を有して、同様な機能（すなわち、各関節のモータをそれぞれ独立的に駆動する機能）の他、左右の車輪 5 8 , 5 8をそれぞれ独立的に駆動する機能を基本的に行うものである。また、認識■計画手段 6 a , 6 eは、先の実施形態の認識■計画手段 6と同様な構成を有して同様な機能を基本的に行うものであって、マルチタスクの O S を搭載し、 2本のアーム 5 6， 5 7及び 2つの車輪 5 8， 5 8の動作の計画や判断のためのプロセス及び画像認識のための画像認識プロセスが時分割のマルチタスクで実行されるようになっている。ここで、認識 ·計画手段 6 aと 6 eとの機能上の相違は、認識■計画手段 6 aはロボットの動作処理を行なうのに対して、認識 ·計画手段 6 eは画像認識処理を行なう点で大きく相違する。例えば、 2本のアーム 5 6 , 5 7の動作の計画や判断のためのプロセス及び 2つの車輪 5 8， 5 8の動作の計画や判断のためのプロセスは認識 ·計画手段 6 aで行い、画像認識のための画像認識プロセスは認識 ·計画手段 6 eで行う。

なお、アーム 5 6の手首には、 2本のアームで 1つの物体を把持する場合に物体にかかる内力を検知するための力センサ 1 0 0が配設されている。この力センサ 1 0 0は、アーム 5 6又はアーム 5 7のいずれかに配置されればよい。

また、動作制御手段 5 b , 5 c , 5 dは、先の実施形態の動作制御手段 5と同様な構成を有して同様な機能を基本的に行うものであって、 O S (オペレーティングシステム）を搭載せず、左右のアーム 5 7， 5 6の動作制御のためのプロセス（例えば、左右のアーム 5 7， 5 6の動作制御を行うための実時間の計算）がシンダルタスクで実行されている。

まず、第 1分散制御装置 1 aは、上記知能ブロックとして、 2本のアーム 5 6 , 5 7の動作の計画や判断のためのプロセス及び 2つの車輪 5 8， 5 8の動作の計画や判断のためのプロセスが時分割のマルチタスクで実行される認識 ·計画手段 6 aと、認識'計画手段 6 aに接続された経路選定手段 2 aと、経路選定手段 2 aに接続されて経路選定手段 2 aの経路選定により認識■計画手段 6 aから転送される目標軌道データを所定の位置に格納したり各種計算結果を格納したりする共通記憶手段 7とより構成されて、認識 ·計画手段 6 aにより 2本のアーム 5 6， 5 7の動作の計画や判断のためのプロセス及び 2つの車輪 5 8， 5 8の動作の計画や判断のためのプロセスが時分割のマルチタスクで実行されるようになつている。

第 2分散制御装置 1 bは、上記右アーム制御プロックとして、第 1分散制御装置 1 aの経路選定手段 2 aと接続された経路選定手段 2 bと、経路選定手段 2 b に接続されかつ右アーム 5 7の駆動装置（例えば、マニュピュレータとして機能する右アーム 5 7の各関節に組み込まれた図示しないモータ）に接続された入出力インターフェース 4 bと、経路選定手段 2 bに接続されて動作制御のためのプロセス（例えば、右アーム 5 7の動作制御を行うための実時間の計算）がシングルタスクで実行される動作制御手段 5 bとより構成され、動作制御手段 5 bにより上記右アーム 5 7の動作制御のためのプロセスがシングルタスクで実行されて右アーム 5 7の動作を制御するようにしている。

第 3分散制御装置 l cは、上記左アーム制御ブロックとして、第 1分散制御装置 1 aの経路選定手段 2 aと接続された経路選定手段 2 cと、経路選定手段 2 c に接続されかつ左アーム 5 6の駆動装置（例えば、マ二ュピュレータとして機能する左アーム 5 6の各関節に組み込まれた図示しないモータ）に接続された入出力インターフェース 4 cと、経路選定手段 2 cに接続されて動作制御のためのプロセス（例えば、左アーム 5 6の動作制御を行うための実時間の計算）がシングルタスクで実行される動作制御手段⁵ cとより構成され、動作制御手段 5 cにより上記左アーム 5 6の動作制御のためのプロセスがシングルタスクで実行されて上記左アーム 5 6の動作を制御するようにしている。

第 4分散制御装置 1 dは、上記移動制御プロックとして、第 1分散制御装置 1 aの経路選定手段 2 aと接続された経路選定手段 2 dと、経路選定手段 2 dに接続されかつ左右の車輪 5 8 , 5 8の駆動装置の一例としてのモータ 5 8 a , 5 8 aに駆動信号をそれぞれ独立して出力する一方、モータ 5 8 a， 5 8 aのそれぞれの回転軸（又は車輪 5 8， 5 8の車軸）の回転角度を検出するエンコーダ 5 8 b， 5 8 bからの回転角度検出信号が入力される入出力インターフェース 4 dと、経路選定手段 2 dに接続されて 2つの車輪 5 8 , 5 8の動作制御のためのプロセス（例えば、 2つの車輪 5 8， 5 8の動作制御を行うための実時間の計算）がシングルタスクで実行される動作制御手段 5 dとより構成され、左右の 2つの車輪 5 8 , 5 8を駆動することにより、上記移動口ポット 5 5を移動させるようにしている。

第 5分散制御装置 1 eは、上記認識プロックとして、第 4分散制御装置 1 dの経路選定手段 2 dと接続された経路選定手段 2 eと、経路選定手段 2 eに接続された入出力ィンターフェース 6 0と、入出力インターフェース 6 0に接続されたカメラやセンサ 5 9と、経路選定手段 2 eに接続されて画像認識のための画像認識プロセスが時分割のマルチタスクで実行される認識 ·計画手段 6 eとより構成され、認識 ·計画手段 6 eにより、カメラやセンサ 5 9からの情報を取込み外界の状況を認識する画像認識のための画像認識プロセスが時分割のマルチタスクで実行されるようにしている。

以上のような構成のロボット制御装置 1 Aについて、ある領域内に置かれた (対象物の一例としての）直方体の物体 9 0 (図 3参照）を画像認識を使って上記 2本のアーム 5 6， 5 7の先端の手先効果器 5 6 a , 5 7 aで把持し、手先効果器 5 6 a , 5 7 aで把持された直方体の物体 9 0を所定の位置へ移動する作業を ί列に説明する。

認識■計画手段 6 eで実行される画像認識プロセスは、入出力インターフエ一ス 6 0に接続されたカメラ 5 9より取り込んだ画像を元にアーム 5 6， 5 7で把持する直方体の物体 9 0の位置、姿勢及び大きさを認識し、認識結果のデータは、アーム 56， 5 7力ら見た直方体の物体 90の絶対座標系の位置 ·姿勢、形状データとして認識 ·計画手段 6 aで実行されている作業計画プロセスに引き渡す。認識 ·計画手段 6 aで生成される作業計画プロセスは、引き渡された位置■姿勢、形状データを基に、手先効果器 56 a, 57 aが初期位置から直方体の物体 90 まで移動して直方体の物体 90を手先効果器 56 a, 5 7 aで把持するための軌道及び把持した直方体の物体 90を所定の位置へ手先効果器 56 a, 5 7 aで運搬するための軌道を、例えば多項式補間を使って生成する。認識'計画手段 6 a で生成される目標軌道データは、各時刻におけるアーム 56, 57の手先効果器 56 a, 57 aの位置（手先位置） ■姿勢及び手先効果器 5 6 a, 57 aの動作の速度 '角速度という形式で生成され、シリアルデータとして入出力インターフエース 60より経路選定手段 2 eに転送される。

経路選定手段 2 eは、認識 ·計画手段 6 eから転送される目標軌道データを共通記憶手段 7の所定の位置に格納するように動作する。したがって、アーム 56， 57の手先効果器 56 a, 5 7 aがどのように動くべきかを示す目標軌道データは、常に共通記憶手段 7を参照すればよい。

経路選定手段 2 eに直接的に接続された経路選定手段 2 dに接続された動作制御手段 5 d、及び、経路選定手段 2 eに経路選定手段 2 d及び 2 aを介して間接的に接続された経路選定手段 2 b, 2 cに接続された動作制御手段 5 b, 5 cでは、アーム 56， 57の手先効果器 56 a, 57 aを目標軌道データどおりに動作させるための制御プログラムが、以下のように実行される。

すなわち、直方体の物体 90の位置、姿勢及び大きさを認識したのち、目標軌道データに基づき制御対象 3であるアーム 56, 57が上記制御装置 1 Aにより動作制御されて、アーム 5 6, 57の手先効果器 56 a, 5 7 aが直方体の物体 90の近傍に移動する、アーム 56， 57の把持準備動作が行われる。一例として、図 1 3 A〜図 1 3 Bに示すように、自律移動ロボット 5 5が移動して、ァ一ム 5 6 , 57の手先効果器 56 a, 5 7 aが直方体の物体 9 0に対向'する位置まで回動される。

次いで、画像認識によるアーム 56， 57のアプローチ動作が行われる。これは、具体的には、ビジュア^/フィードバックであって、アーム 5 6， 5 7の手先効果器 56 a, 5 7 aと直方体の物体 90の相対的な位置関係を画像認識により検出し、手先効果器 56 a, 5 7 aと直方体の物体 90が接触しなレヽように手先効果器 56 a, 5 7 aの位置を微調整しながら、図 1 3 Bにも示すように、手先効果器 56 a, 57 aにより物体 90を把持可能な位置まで手先効果器 56 a, 57 aを移動させる。

次いで、目標軌道データに基づき制御対象 3であるアーム 56, 5 7が上記制御装置 1 Aにより動作制御されて、図 1 3 C〜図 1 3Dにも示すように、手先効果器 56 a, .5 7 aを互いに突き合せるようにして挟み込むと同時的に、手先効果器 56 a, 5 7 aのそれぞれの指を閉じて、直方体の物体 90を挟み込むことで把持を行う把持動作が行われる。

次いで、カメラ 59により撮像されて撮り込まれた画像情報に基づく、画像認識による把持確認、すなわち、手先効果器 56 a, 57 aによる直方体の物体 9 0の把持動作が成功したか否かが判断される。具体的には、手先効果器 56 a, 57 aと直方体の物体 90の相対的な位置関係を画像認識により検出し、手先効果器 56 a, 5 7 a間に直方体の物体 90が位置しているかどうかにより、把持動作の成否が判断される。すなわち、手先効果器 56 a, 5 7 aの間に直方体の物体 90が位置している場合（図 1 3 D参照）には、把持動作成功であり、手先効果器 56 a, 57 aの間に直方体の物体 90が位置していない場合には、把持動作が失敗と判断される。把持動作失敗と判断された場合には、画像認識による手先効果器 56 a, 57 aの位置の微調整が行われたのち、把持動作及び画像認識による把持確認動作が再度行われる。

把持動作成功と判断された場合には、目標軌道データに基づき制御対象 3であるアーム 56， 57が上記制御装置 1 Aにより動作制御されて、手先効果器 56 a, 57 aにより協調して把持された直方体の物体 90の協調制御による運搬動作を行う。

次いで、所定位置まで直方体の物体 90を運搬して設置したのち、アーム 56: 57が上記制御装置 1 Aにより動作制御されて、直方体の物体 90を把持していた手先効果器 5 6 a, 57 aの指が広げられるとともに、手先効果器 5 6 a, 5 7 a間の間隔が広げられ、直方体の物体 90が手先効果器 5 6 a, 57 aカら角？放される。

次に、動作制御手段 5 b, 5 c, 5 dにより実行される上記制御プログラムの動作ステップについて説明する。

まず、動作制御手段 5 b， 5 cが経路選定手段 2 b， 2 cにアーム 5 6, 57 の関節角度データの転送を要求する。関節角度データを要求された経路選定手段 2 b, 2 cは、入出力インターフェース 4 b， 4 cに、それぞれ対応するカウンタ 45に入力されている関節角度データのデータ転送を要求し、カウンタ 45に入力されていたアーム 56， 57の各関節のエンコーダ値が入出力インターフエース 4 b , 4 cを介して経路選定手段 2 b, 2 cに返送され、経路選定手段 2 b， 2 cから動作制御手段 5 b, .5 cに各関節のエンコーダ値が現在の関節角度データ（関節変数べクトノレ (アーム 56の関節変数べクトル）及びべクトノレ q₂

(アーム 57の関節変数ベクトル） ) として転送される。なお、協調動作時には、力センサ 100の出力値も入出力インターフェース 4 cを介して経路選定手段 2 c， 2 a, 2 b, 2 dに送られ、経路選定手段 2 c, 2 a, 2 b, 2 dから動作制御手段 5 c， 5 b, 5 dに入力される。

次いで、アーム 56， 5 7の運動学計算に必要なヤコビ行列 J _r ， J _{r 2}等の計算が動作制御手段 5 b, 5 cにより行われる。

次いで、転送されてきた現在の関節角度データである関節変数べクトル及び関節変数べクトノレ q ₂を使用して、アーム 56, 5 7の手先効果器 56 a, 5 7 aの現在の手先位置■姿勢べクトノレ r ， r ₂が動作制御手段 5 b, 5 cにより計算される。

次いで、手先位置に関する位置サーボ補償入力値 u_p u_{p 2}が下記の式（3 a) 及び（3 b) 、又は、式（4 a) 及び（4 b) の各式を使って動作制御手段 5 b, 5 cにより計算される。

独立動作の場合（手先効果器 56 a， 57 aが直方体の物体 90の近傍に移動する場合、及び、手先効果器 56 a, 57 aにより物体 90を把持可能な位置まで手先効果器 5 6 a, 57 aを移動させる場合） Upl 二 Jrl — ri

ノ

(3 a)

ソ

(3 b) 協調動作の場合（手先効果器 56 a, 57 aにより協調して把持された直方体の物体 90の協調制御による運搬動作を行う場合）

ノ

(4 a)

t

(4 b) ただし、 r _dはアーム 56の手先位置 ·姿勢べクトルの目標値であり、 r _{2 d} はアーム 57の手先位置 ·姿勢べクトルの目標値であり、 r _b= { r !+ r ₂} / 2であり、 r _{b d}= { r _{l d}+r _2d} /2であり、 f は把持対象にかかる内力べクトルであり、 f _dは內カベクトルの目標値である。

予め、位置サーボ補償の目標値は認識 ·計画手段 6 aで計算され、計算結果が共通記憶手段 7に格納されているため、経路選定手段 2 b， 2 cを介して共通記憶手段 7から動作制御手段 5 b, 5 cへ、格納されていた手先位置 ·姿勢べクトルの目標値 r _{l d}, r _2dの取り込みが行われる。次いで、制御実現のため、アーム 56, 5 7に加えるべき駆動力べクトル τ _1; て ₂力運動方程式及び位置サーポ補償入力値べクトル u_{p l}， u_{p 2}より、下記の式（ 5 ) を使レ、動作制御手段 5 b， 5 cにより計算されて駆動力値が求められる。 ] =i _T u_pl

て ₂

(5)

ただし、 Κ_τはトルク係数行列である。

次いで、先に動作制御手段 5 b, 5 cにより計算された駆動力値べクトルて， τ ₂が、動作制御手段 5 b， 5 cの各外部入出力用シリアルポート 54より駆動力指令値として出力される。駆動力指令値を受け取った経路選定手段 2 b, 2 c は、入出力インターフェース 4 b， 4 cに駆動力指令値を転送し、駆動力指令値が入出力インターフェース 4 b, 4 cを介してそれぞれの D/Aコンバータ 42 に入力され、それぞれの DZAコンバータ 42によりデジタル信号の駆動力指令値が電圧指令値に変換されて、それぞれの DZAコンバータ 42からそれぞれの入出力インターフェース 4 b, 4 cを介してそれぞれ出力される。電圧指令値を入出力インターフェース 4 b, 4 cから受けたそれぞれのモータードライバ（図

3のモータードライバ 43 a〜43 d参照）は、アーム 56， 57の各関節や手先効果器 56 a， 5 7 aに駆動力を発生させる。

動作制御手段 5 b, 5 cでは、以上の計算処理ループが実行されることでソフトウエアフィードバック制御系が構成され、例えば lms e cといった決まった時間間隔で、関節角度データの取り込み、及び、 1¾動力指令値の出力が実行され、実時間の制御が実現される。

このようにして求められて出力される駆動力値に基づき、上記したアーム 56,

5 7及び車輪 58の動作が制御さる。

上記した図 8 Aに示す分散制御系では、例えば、経路選定手段 2 aのように動作制御手段 5 b, 5 c, 5 dに直接接続せず、第 2〜 4分散制御装置 1 b、 1 c、及び 1 dの複数のプロックと接続している経路選定手段 2 b、 2 c、及び 2 dの転送動作が重要となる。例えば、上記したように 2本のアーム 56, 5 7の手先効果器 5 6 a , 5 7 aで協調して 1つの物体を把持する場合、 2本のアーム 5 6 , 57には幾何学的な拘束関係が生じるため、この拘束関係を考慮した制御を行わなければならない。また、把持した物体 9 0には 2本のアーム 5 6， 5 7の手先効果器 5 6 a , 5 7 aがお互いに押し合ったり、あるいは、引き合ったりすることにより内力が生じるため、この内力を考慮した制御を行わなければならない。こうした協調制御を実現するためには、式（4 a) , (4 b) 式の計算が必要であり、式（3 a) ，（3 b) はそれぞれ独立した式であるが、式（4 a ) ，（4 b ) とは共通した値があるため、その値のやり取りが動作制御手段 5 bと 5 cとの間で必要であり、そのため、それぞれの手先効果器 5 6 a , 5 7 a'を含むァーム 5 6， 5 7を制御する第 2 , 3分散制御装置 1 b及ぴ 1 cの連携がリアルタィムで行われなければならない。

上記リアルタイムの連携を実現するため、本発明に係る第 2実施形態では、動作制御手段 5 b , 5 c , 5 dでは、動作制御手段 5 b, 5 c , 5 dから出力するデータの中に優先順位データを埋め込んで出力する。例えば、動作制御手段 5 b， 5 c , 5 dと他の手段などとの間の接続がシリアル伝送線路で構成されている場合には、パケットデータのプロックの一部分に優先順位データを埋め込むことができる。経路選定手段 2 a , 2 b, 2 c , 2 d, 2 eは、動作制御手段 5 b， 5 c, 5 dから送信されてくるデータ内の優先順位データ部分を参照し、そのデータを優先して転送すべきかどうかを判断する。それぞれの経路選定手段 2 a, 2 b, 2 c , 2 d, 2 eでは、データ内の優先順位データ部分の優先順位同士をそれぞれ比較して、優先順位の高いほうのデータ転送を優先し、優先順位の低いほうのデータの転送を、第 1実施形態と同様に、一時中止又は待機させる。優先順位の高いほうのデータ転送が終了すると、優先順位の低いほうのデータの転送を行う。パケットデータのブロックの一部分に優先順位データを埋め込む一例としては、パケットを構成するビット列を、前方より、ヘッダを表すビット列、転送元 I Dを表すビット列、転送先 I Dを表すビット列、優先順位データを表すビット列、データの種類を表すビット列、転送データを表すビット列、パケットの終端を表すビット列が順番に並んだ構成とすることが考えられる。

以上のようなデータ転送の優先順位制御を行うことにより、 2本のアーム 5 6， 5 7の協調動作や、自律移動ロボット 5 5が移動しながらアーム 5 6， 5 7で物体 9 0を把持するときのアーム 5 6 , 5 7と車輪 5 8， 5 8の協調動作など、より高度な制御を安定して行うことが可能となる。

さらに、図 8 Aに示すように、本発明に係る口ポット制御装置 1 Aでは、経路選定手段 2 a， 2 b , 2 c , 2 d , 2 eをノードとして各ブロックを接続することができ、分散制御系を容易に構成することができるという特徴がある。また、各ブロック間の通信をシリアル通信で行えば、自律移動ロボット 5 5体内の配線を簡素にすることができる。また、経路選定手段 2 a , 2 b , 2 c , 2 d， 2 e をノードとして接続を拡張していけば、個々の動作制御手段 5 b , 5 c , 5 dや認識 ·計画手段 6 a , 6 e等の構造を改変することなく機能の拡張が可能となり、例えば、画像認識に加え、音声認識機能を追加するなど、容易に制御の高度化が可能となる。

一例として、音声認識機能を図 8 Aのロボット制御装置に追加する具体例を以下に説明する。第 6分散制御装置として機能する音声認識機能プロック 1 f は、図 1 4に示すように、音声入力装置の一例としてのマイク 6 2と、マイク 6 2に接続された入出力インターフェース 6 1と、認識■計画手段 6 f と、認識■計画手段 6 f と入出力インターフェース 6 1とにそれぞれ接続されるとともに他の経路選定手段（例えば 2 e ) にも接続された経路選定手段 2 ίとより構成することができる。経路選定手段 2 a ~ 2 eはそれぞれノ一ドの役割をするため、音声認識機能プロック 1 f の経路選定手段 2 f は、経路選定手段 2 eに限らず、他のどの経路選定手段に接続してもよい。また、図 1 4に示すように、音声認識機能ブロック 1 f のような音声認識専用プロックを設けるのではなく、第 5分散制御装置 1 eのカメラやセンサ 5 9のうちのセンサの 1つをマイクとして、認、識 -計画手段 6 eにてマルチタスクで音声認識プロダラムを実行するという構成も可能でめる。

(第 2— A実施形態）

第 2—A実施形態として図 8 Aに示す第 2実施形態と同様の構成で、経路選定手段がデータ転送路のク口ック速度を制御できる場合の動作について説明する。第 2実施形態で説明したようにアーム 5 6とアーム 5 7が独立して動作する場合と、協調して動作する場合で経路選定手段 2 a、 2 b、 2 cが転送しなければならないデータ量は異なる。これに対し、第 2— A実施形態では、アームを協調動作させるときにはアームを独立動作させるときに比べて、データ転送路のク口ック速度を、例えば 2倍、 3倍といった整数倍で上昇させるよう動作する。クロック速度の制御は、動作計画を行う認識 ·計画手段が行い、協調動作を計画したときに経路選定手段にクロック制御指令を転送し、クロック速度が制御される。このように、クロック速度が制御されることで、データ転送速度をあまり必要としないアームの独立動作時には低速クロックで低消費電力の動作をし、アームの協調動作時には高速クロクでアーム間の連携を確実こし、協調動作を実現する。また、画像認識を行うためにカメラ 'センサ 5 9より認識 ·計画手段 6 eにデータを転送する経路選定手段 2 eに関してもまた、画像認識を行うときのみ高速ク口ック動作させることにより低消費電力の動作が実現する。

(第 3実施形態）

図 9 Aは本発明の第 3実施形態における口ボット制御装置 1 Bの構成を示す図である。図 9 Aに示すように、第 3実施形態の口ボット制御装置 1 Bは、 2つの部分、制御対象 3の一例である移動ロボット 1 8に配置される可動側制御装置 1 1 aと、固定体 1 8 bに配置される固定側制御装置 1 1 bとに分離された構造となっている。図 9 Bに示すように、移動ロボット 1 8への応用の場合に、リアルタイム性に影響する部分を可動側制御装置 1 1 aにまとめて移動ロボット 1 8のロポット本体に搭載し、その他の非リアルタイムの部分を固定側制御装置 1 1 b にまとめ、移動ロボット 1 8のロポット本体外の固定制御部 1 8 aに据え置きにし、可動側及び固定側経路選定手段 1 2 a、 1 2 b間の通信をアンテナ 2 0 a , 2 0 b間の無線にすることにより、機動性が高く、知能的機能も高い移動ロボット 1 8を容易に構成することができる。

具体的には、可動側制御装置 1 1 aは、アンテナ 2 0 aが接続される第 1無線通信手段 1 1 0と、第 1無線通信手段 1 1 0に接続される可動側経路選定手段 1 2 aと、可動側経路選定手段 1 2 aに接続される入出力インターフェース 1 4と、可動側経路選定手段 1 2 aに接続される動作制御手段 1 5とを備えて、リアルタィム性に影響する部分を構成している。経路選定手段 1 2 aは、先の実施形態の経路選定手段 2と同様な構成を有して同様な機能を基本的に行うものである。入出力インターフェース 1 4は、先の実施形態の入出力インターフェース 4と同様な構成を有して同様な機能（すなわち、各関節のモータをそれぞれ独立的に駆動する機能）を基本的に行うものであり、左右の車輪 1 3 , 1 3の駆動装置の一例としてのモータ 1 3 a , 1 3 aとエンコーダ 1 3 b， 1 3 bとが接続されて、モータ 1 3 a， 1 3 aに駆動信号をそれぞれ独立して出力する一方、モータ 1 3 a， 1 3 aのそれぞれの回転軸（又は車輪 1 3 , 1 3の車軸）の回転角度を検出するエンコーダ 1 3 b， 1 3 bからの回転角度検出信号が入力されるようにしている。また、動作制御手段 1 5は、先の実施形態の動作制御手段 5と同様な構成を有して同様な機能を基本的に行うものであって、 O S (オペレーティングシステム）を搭載せず、左右の車輪 1 3 , 1 3の動作制御のためのプロセス（例えば、左右の車輪 1 3， 1 3の動作制御を行うための実時間の計算）がシングノレタスクで実行されている。

固定側制御装置 1 1 bは、アンテナ 2 0 bが接続される第 2無線通信手段 1 1 1と、第 2無線通信手段 1 1 1に接続される固定側経路選定手段 1 2 bと、固定側経路選定手段 1 2 bに接続されるとともにカメラ 1 9が接続される入出力ィンターフェース 1 7と、固定側経路選定手段 1 2 bに接続される認識■計画手段 1 6とを備えて、その他の非リアルタイムの部分を構成している。経路選定手段 1 2 bは、先の実施形態の経路選定手段 2と同様な構成を有して同様な機能を基本的に行うものである。認識 ·計画手段 1 6は、先の実施形態の認識 ·計画手段 6 と同様な構成を有して同様な機能を基本的に行うものであって、マルチタスクの〇 Sを搭載し、移動口ポット 1 8の 2つの車輪 1 3， 1 3の動作の計画や判断のためのプロセス、及び、画像認識のための画像認識プロセスが時分割のマルチタスクで実行されるようになっている。画像認、識プロセスの一例としては、入出力インターフェース 1 7に接続されたカメラ 1 9より取り込んだ画像を元に移動口ボット 1 8の位置、姿勢を認識し、認識結果のデータは、移動ロボット 1 8の絶対座標系の位置 ·姿勢データとしてプロセス間通信により作業計画プロセスに引き渡すような処理である。

上記第 1 , 第 2無線通信手段 1 1 0 , 1 1 1は、経路選定手段 1 2 b , 1 2 a から送られてくるデジタルデータに変調をかけることによりアナ口グの電波として送信、及びアナログの電波を受信し、復調することでデジタルのデータを得るための手段であり、それぞれ、ベースバンド回路や R F回路から構成される。また、無線通信方式としては、スペクトラム拡散方式などが適している。

上記作業計画プロセスで計画された目標軌道データは、経路選定手段 1 2 bにより第 2無線通信手段 1 1 1に転送され、第 2無線通信手段 1 1 1により変調された後、電波として送信される。固定側制御装置 1 1 aで受信された電波は、第 1無線通信手段 1 1 0により目標軌道データとして復調される。復調された目標軌道データは、経路選定手段 1 2 aの記憶手段に一時的に格納され、時間的な緩衝をとった後、動作制御手段 1 5に転送される。

上記した図 9 Aに示す分散制御系では、電波状況が悪いときには第 1，第 2無線通信手段 1 1 0 , 1 1 1間の無線通信において送信エラーが頻発し、再送が繰り返され、転送待ちが発生するという問題に対応しなければならない。そういつた状況においても、安定した実時間制御を可能とするために、経路選定手段 1 2 aは、動作制御手段 1 5と入出力インターフェース 1 4間のデータ転送を優先する。また、送信エラーが頻亮し、目標軌道データが得られず、時間的な緩衝がとれなくなった際には、逆に、第 2無線通信手段 1 1 0からのデータ転送を優先し、動作制御手段 1 5は制御周期を遅くし、力つ、移動ロボットの速度を遅くするか、静止させ、動作が不安定になるのを防止する。

以上のようなデータ転送の優先順位制御を行うことにより、より高度な制御を安定して行うことが可能となる。

また、経路選定手段 1 2 a , 1 2 bをノードとして接続を拡張していけば、動作制御手段 1 5や認識 ·計画手段 1 6等の構造を改変することなく機能の拡張が可能となり、例えば、画像認識に加え、音声認識機能を追加したり、移動ロボット 1 8が掃除ロボットの場合には吸引動作機能を追加するなど、容易に制御の高度ィ匕が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。

例えば、上記第 1、 2及び 3実施形態では、認識'計画手段での画像認識のための画像データの転送を例としたが、これに限られるわけではなく、音声認識のための音声データの転送、通信ネッ 1、ワークを介してのロボットの遠隔操縦のためのデータ（動作指令データゃカ覚フィードバックデータ）の転送であっても同様の効果を発揮する。

また、上記第 1、 2及び 3実施形態ではアーム型ロボット及び車輪移動口ポットを制御対象としたが、これに限られるわけではなく、所定の動作を行わせるァクチユエータを有する装置、例えば、アーム型ロボット及び車輪移動ロボット以外の人間型 2足歩行ロボットゃ 4足歩行ロポット、あるいは電子部品実装機や N C工作機械、さらには自動車（ェンジン制御、トランスミツション制御、 A B S 制御、ァクティブサスペンション制御等）等の輸送機械といつた機構制御の分野で同様の効果を発揮することは言うまでもない。

また、経路選定手段は、常に、動作制御手段との間のデータ転送を優先させるのではなく、例えば、危険回避動作などの口ポットの動作障害の程度に応じて、優先順位を変更するようにしてもよい。例えば、危険回避動作用のデータ転送は他の全てのデータ転送に対して優先させ、その他のデータ転送は、先に経路選定手段に入ったものから転送するようにしてもよい。

また、データ転送優先順位の情報を経路選定手段に対して一旦設定したのち、データ転送優先順位の変更情報入力可能として、使用環境の変化、状況の変化などの制御状況に応じて、データ転送優先順位を変更可能としてもよレ、。

なお、上記動作制御手段でのリアルタィム処理とは、ある一定の微小な時間間隔（例えば l m s e c ) Δ t (制御周期）で制御のための指令が出力され、制御対象の状態データ（関節角データなど）が入力される処理であり、機構のフィードバックによる動作制御を実現するために必須の処理である。また、上記非動作制御手段での作業計画とは、上記のある一定の微小な時間間隔 Δ tのような時間的拘束を行わない処理を意味する。一例として、図 1 5において、状態入力がされると同時に所定の計算処理が行なわれ、その計算結果が指令出力として出力される場合、指令出力すなわち動作制御のための計算処理は、必ず時間間隔 Δ 1:内で終了することとし、時間間隔 Δ t内で計算処理が早く終わると、指令出力までの時間は余裕時間となる。このように、リアノレタイム処理とは、入力と出力とが必ず時間間隔 Δ tごとに実行される処理のことを意味する。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明のロボット制御装置によれば、各手段など、例えば、動作制御手段、認識 '計画手段、入出力インターフェースなどの間の接続を切り換えることで通信を制御する経路選定手段を設けることにより、システムの拡張性を確保しつつ、各手段などの間の接続を簡素な構造にでき、力、各手段などの間の通信を転送待ちの発生が少なくなるよう切り換え制御することができ、制御の高度な知能化のために必要な画像などの大容量データを簡素な構造でリアルタィム性を確保しつつ扱うことのできるロボット制御装置を提供することができる。

また、 C P Uの演算処理能力が高速であり、自由度数が、例えば 3以下のロボットアームの制御等、複雑な制御が必要ない場合には、動作制御手段を非リアルタイム処理手段で構成しても動作制御は可能である。この場合には、動作制御手段として汎用のマルチタスク O Sが搭載された C P Uボード等の使用が可能であり、システムの構築や制御プログラムの作成が容易であるという利点を有する。また、認識 ·計画手段をリアルタイム手段で実現することも可能であり、その場合には O Sを搭載しない小規模な C P Uボードゃ、小規模なリアルタィム O S を搭載した C P Uボード等、簡素なシステムとすることができる。また、特に、動作計画をリアルタイム処理手段で実現する場合には、リアルタイムに目標軌道の生成が可能となり、動作制御を安定して行うことができる。

第 1経路選定手段および第 2経路選定手段のように複数の経路選定手段を有することにより、図 8 Aに示す口ポットのように 1 a、 l b、 l c、 l d、 l eの複数の分散制御装置を有する構成や、図 9 Aに示すロボットのように制御装置が分離した構成を容易に構築することができる利点を有する。

また、本発明のロボット制御装置は、実時間制御を実現するための計算処理を行う動作制御手段と、知能処理を実現するための計算処理を行う認識 ·計画手段と、制御対象への指令を出力し、制御対象の状態を入力するための入出力インタ一フェースと、上記動作制御手段、上記認識.計画手段及び上記入出力インターフェース間の接続を切り換えることで通信を制御する経路選定手段とを備える。これにより、システムの拡張を行うときには経路選定手段に新たな手段を接続するだけでよいといった、システムの拡張性を確保しつつ、各手段などの間の接続を簡素な構造にすることができ、かつ、各手段などの間の通信を転送待ちの発生が少なくなるよう切り換え制御することができる。

上記経路選定手段は、上記動作制御手段からの転送要求を優先するよう動作することで、動作制御手段の実時間性を確保することができる。

また、上記経路選定手段は、記憶手段を有するとともに、上記動作制御手段と上記認識■計画手段と入出力インターフェースと、上記経路選定手段とが互いにシリアル伝送路により接続されるようにすることにより、上記経路選定手段の記憶手段で、転送すべきデータのうち待機させられるデータが経路選定手段の記憶手段に記憶されて待避させられることにより、上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段間の時間的な緩衝をとることができるようになる。

また、本発明の口ポット制御装置は、実時間制御を実現するための計算処理を行う動作制御手段と、知能処理を実現するための計算処理を行う認識 ·計画手段と、上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段間の時間的な緩衝をとる共通記憶手段と、'制御対象への指令を出力し、制御対象の状態を入力するための入出力インターフェースと、上記動作制御手段、上記認識 ·計画手段、上記共通記憶手段及び上記入出力インターフェース間の接続を切り換える経路選定手段とを備える。これにより、実時間の制御を実行しながら、知能処理を並列して実行することができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとつては種々の変形や修正は明白である, そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims

請求の範囲

1. 制御対象（3) の動作制御を実現するための計算処理を行う動作制御手段 (5， 5 b, 5 c, 5 d) と、

上記制御対象の作業 ·動作計画や外界認識を行う認識 ·計画手段 (6, 6 a，

6 8 , 16) と、

上記制御対象への指令を出力し、上記制御対象の状態を入力するための入出力インターフェース（4， 4 b, 4 c , 4 d， 14) と、

上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御する経路選定手段（2, 2 a, 2 b, 2 c, 2 d, 1 2 a, 1 2 b) とを備えて、

上記経路選定手段で、上記動作制御手段と上記認識■計画手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御しながら、上記制御対象の上記作業 -動作計画及び上記外界認識の結果に基づいて上記制御対象であるロボットの動作を制御するロボット制御装置。

2. 制御対象（3) の動作制御を実現するための演算処理を行う動作制御手段 (5 b, 5 c, 5 d) と、

上記制御対象の作業 .動作計画や外界認識を行う認識 .計画手段（6 a) と、上記制御対象への指令を出力し、上記制御対象の状態を入力するための入出力インターフェース（4 b, 4 c , 4 d) と、

上記認識 ·計画手段と接続される第 1経路選定手段 (2 a) と、

上記動作制御手段と上記第 1経路選定手段と上記入出力ィンターフェースと接続される第 2経路選定手段（2 b, 2 c, 2 d) とを備えて、

上記第 1経路選定手段は、上記第 2経路選定手段と上記認識■計画手段との接続を切り換えることで通信を制御するとともに、上記第 2経路選定手段は、上記認識 ·計画手段と上記第 1経路選定手段と上記入出力ィンターフェースとの接続を切り換えることで通信を制御しながら、上記制御対象の上記作業■動作計画及び上記外界認識の結果に基づいて上記制御対象であるロボットの動作を制御するロボット制御装置。

3 . 上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する機能を有して、上記経路選定手段により、上記データ転送の優先順位に従って上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした請求項 1又は請求 2に記載の口ボット制御装置。

4 . 上記経路選定手段は、上記制御対象の制御状況に応じてデータ転送の優先順位を制御して、上記経路選定手段により、上記制御対象の制御状況に応じて上記データ転送の優先順位に従って上記動作制御手段と上記認識■計画手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした請求項 3に記載の口ポット制御装置。

5 . 上記経路選定手段は、転送データ中に埋め込まれた優先順位データによりデータ転送の優先順位を制御する請求項 3に記載のロボット制御装置。

6 . 上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する際に、非優先データの転送を一時停止するよう動作する請求項 3に記載のロボット制御装置。

7 . 上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する際に、非優先デー夕の間引きを実行するよう動作する請求項 3に記載のロボット制御装置。

8 . 上記経路選定手段は、データ転送容量の占有率を制御する機能を有して、上記経路選定手段により、上記データ転送容量の占有率に従って上記動作制御手段と上記認、識 .計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした請求項 1又は請求項 2に記載の口ポット制御装置。

9 . 上記経路選定手段は、上記制御対象の制御状況に応じて上記データ転送容量の上記占有率を制御して、上記経路選定手段により、上記制御対象の制御状況に応じて上記データ転送容量の上記占有率に従つて上記動作制御手段と上記認識 ·計画手段と上記入出力ィンターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした請求項 8に記載の口ボット制御装置。

1 0 . 上記'経路選定手段は、転送データ中に埋め込まれた占有率データにより上記データ転送容量の上記占有率を制御する請求項 8に記載のロボット制御装置。

1 1 · 上記経路選定手段は、データ転送のク口ック速度を制御する機能を有して、上記制御対象の制御状況に応じて上記データ転送のク口ック速度を変化させ、上記動作制御手段と上記認識■計画手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えて通信を制御するようにした請求項 1又は請求項 2に記載の口ポット制御装置。

1 2 . 上記制御対象の制御状況は制御誤差である請求項 4、請求項 9、又は請求項 1 1に記載のロボット制御装置。

1 3 . 上記制御対象の制御状況は制御目標値である請求項 4、請求項 9、又は請求項 1 1に記載のロボット制御装置。

1 4 . 上記経路選定手段は、データ転送要求を告知するための専用信号線を有する請求項 4〜 7のいずれか 1つに記載のロボット制御装置。

1 5 . 上記経路選定手段は、上記動作制御手段と上記認識■計画手段間の時間的な緩衝をとる記憶手段（2 3 ) を有して、

上記経路選定手段は、上記動作制御手段と上記認、識 ·計画手段と上記共通記憶手段と上記入出力インターフェースとの間の接続を切り換えることで通信を制御する請求項 1又は 2に記載のロボット制御装置。

1 6 . 上記経路選定手段は、データ転送の優先順位を制御する際に、非優先デ →を上記記憶手段に待避するよう動作する請求項 9に記載のロボット制御装置。