JPH08106320A - 自動機械及び自動機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、作業状態の変化に適応した動
作に容易かつ自由に変更することが可能な自動機械及び
自動機械の制御方法を提供することにある。 【構成】機構部１の適正な動作手順を生成する規範を表
す作業スキル３１を記述するための作業スキル記述手段
３０と、センサ４により検出される作業状態と前記作業
スキル３１とを照合して機構部の動作変更手順を生成す
る推論手段３２とを設け、前記動作変更手順を前記機構
部１の制御手段に与えることにより、前記機構部１を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動機械に係り、特に
実時間でのセンサ情報に基づいて、動作を修正しつつ、
複雑な作業を遂行する自動機械及び自動機械の制御方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動機械の制御方法としては、例
えばティーチングなどにより、予め与えられたロボット
の手先の位置姿勢データに基づいて、逐次一連動作を遂
行する、いわゆるティーチング・プレイバック方式が一
般的である。

【０００３】しかし、本方式では、ロボットの位置制御
の精度に限度があることや、作業対象物（ワーク）の形
状、寸法の誤差やその据え付け位置のずれが発生する等
の理由のために、センサを用いてロボットの手先とワー
ク上の作業点との位置関係を検出し、この検出結果によ
って、ロボットの位置補正を行う必要があった。そこ
で、ロボット・コントローラ内に予め決められたセンサ
信号の処理とロボットの動作修正の処理を行う機能を持
たせたものや、ロボット・コントローラとは別のコンピ
ュータに、それらの処理を持たせたものが用いられてき
た。

【０００４】このような自動機械の制御方法に関する公
知例としては、特開平４−２７９９０１号公報に記載さ
れている産業用ロボットの制御装置が挙げられる。

【０００５】この公知例には、ロボット・コントローラ
とは別に、その上位のコンピュータを設け、ここでセン
サ信号処理を行い、ロボットの動作修正量を演算して、
このデータをロボット・コントローラに送信する方法が
述べられている。

【０００６】また、これとは別の公知例として、The In
ternational Journal of RoboticsResearch Vol.1,No.
3,P.19-41 "AML:A Manufacturing Language"に記載され
ているロボットの制御方法が挙げられる。

【０００７】この公知例には、センサの情報に基づいた
動作修正の手順などを記述することができる、高機能の
ロボット言語を用意し、これで記述されたプログラムに
よりロボットを制御する方法が述べられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ま
ず、ロボット・コントローラ内にセンサ信号処理とロボ
ットの動作修正の処理を持たせた場合、ワークやセンサ
の種類によっては、予めロボット・コントローラが有す
るアルゴリズムでは対応できないことがあり、このアル
ゴリズムを修正するにしても、ロボット・コントローラ
の内部機能に関する知識が必要なため、一般のユーザが
これを行うのは非常に困難である、と言う問題があっ
た。

【０００９】一方、上記公知例、特開平４−２７９９０
１号公報に記載されている産業用ロボットの制御装置の
ように、ロボット・コントローラとは別に、上位のコン
ピュータを設けた場合、汎用のプログラミング環境が利
用できることで、処理の拡張性は向上するが、上位コン
ピュータからロボット・コントローラへオンラインで送
信する情報は、位置補正のための動作修正量に限られて
いる。このため、ロボットの作業中に生じる様々な作業
状態の変化に対応して、単なる位置補正に限らず、その
動作シーケンス自体を動的に変更する必要があるような
場合には、この方法では対応できない、と言う問題があ
った。

【００１０】また、別の公知例、The International Jo
urnal of Robotics Research Vol.1,No.3,P.19-41 "AM
L:A Manufacturing Language" に記載されているロボッ
ト言語のように、高機能のプログラム言語を用いた場
合、センサ情報に基づく動作修正の手順を、ユーザ自身
が記述できるようになるが、ここで作成したプログラム
をコントローラの内部で実行する具体的な方法について
は特に言及されておらず、作業状態の変化に対する実時
間での応答性をどのようにして確保するか、と言う点
が、プログラムを処理する上で問題になると考えられ
る。

【００１１】本発明の目的は、必要とされるセンサ信号
処理や動作修正等の動作を変更するためのアルゴリズム
を、ユーザが容易に組み込むことができる自動機械又は
その制御方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、機構部と、前記機構部を制御する制御手段と、前記
制御手段の制御対象に関する情報を検出する検出手段と
から構成される自動機械において、前記機構部の動作手
順を生成する規範を表す作業スキルと、前記作業スキル
を記述するための作業スキル記述手段と、前記作業スキ
ルと前記検出手段の出力を参照して、前記機構部の動作
変更手順を推論する推論手段とを設け、前記動作変更手
順を前記制御手段に与えることによって、前記機構部を
制御するようにしたものである。

【００１３】また、機構部と、前記機構部を制御する制
御手段と、前記制御手段の制御対象に関する情報を検出
する検出手段とから構成される自動機械において、前記
機構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキルを並
べた作業スキル群と、前記作業スキル群から必要とする
作業スキルを任意選択可能にする作業スキル選択手段
と、選択された作業スキルと前記検出手段の出力を参照
して、前記機構部の動作変更手順を推論する推論手段と
を設け、前記動作変更手順を前記制御手段に与えること
によって、前記機構部を制御するようにしたものであ
る。

【００１４】また、機構部と、前記機構部を制御する演
算手段を備えた制御手段と、前記制御手段の制御対象に
関する情報を検出する検出手段とから構成される自動機
械において、前記機構部の動作手順を生成する規範を表
す作業スキルと、前記作業スキルを記述するための作業
スキル記述手段と、前記機構部の動作を変更する手順を
推論する演算手段と、前記推論用演算手段と前記制御用
演算手段の間で共有される情報記憶手段とを設け、前記
推論用演算手段によって前記作業スキルと前記検出手段
の出力又は前記共有情報記憶手段の情報を参照して、前
記機構部の動作変更手順を決定し、前記動作変更手順を
前記共有情報記憶手段を介して前記制御手段に与えるこ
とによって、前記機構部を制御するようにしたものであ
る。

【００１５】また、機構部と、前記機構部を制御する制
御手段と、前記制御手段の制御対象に関する情報を検出
する検出手段とから構成される自動機械において、前記
機構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキルと、
前記作業スキルを記述するための作業スキル記述手段
と、前記作業スキルと前記検出手段の出力を参照して、
前記機構部の動作変更手順を前記制御手段と共有される
演算手段を用いて推論する推論手段とを設け、前記動作
変更手順を用いて、前記機構部を制御するようにしたも
のである。

【００１６】また、機構部と、前記機構部を制御する制
御部と、前記機構部の動作を変更する手順を決定する推
論部とを有し、前記制御部は制御手段と前記機構部を制
御するプログラムと前記制御手段に前記機構部制御プロ
グラムを与える機構部制御プログラム教示手段とから成
り、前記制御手段は前記機構部制御プログラムを記憶す
る機構部制御プログラム記憶手段と、前記機構部制御プ
ログラムを解釈実行して前記機構部を制御する手順を記
憶する制御手順記憶手段と、前記機構部制御プログラム
及び前記制御手順によって演算を行う制御用演算手段
と、前記演算の結果に基づいて前記機構部のモータを駆
動するモータ駆動回路とから成り、前記推論部は前記機
構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキルと、前
記作業スキルを記述するための作業スキル記述手段と、
前記機構部の動作を変更する手順を推論する推論手段と
から成り、前記推論手段は前記作業スキルを記憶する作
業スキル記憶手段と、前記作業スキルを解釈実行するた
めの手順を記憶する推論手順記憶手段と、前記推論手順
に基づいて演算を行う推論用演算手段と、前記推論用演
算手段と前記検出手段とを接続する入出力インタフェー
スとから成り、前記推論用演算手段と前記制御用演算手
段の間に各演算手段によって共有される情報記憶手段と
を設け、前記推論用演算手段によって前記作業スキルと
前記検出手段の出力又は前記共有情報記憶手段の情報を
参照して、前記機構部の動作変更手順を決定し、前記動
作変更手順を前記共有情報記憶手段を介して前記制御手
段に与えることによって、前記機構部を制御するように
したものである。

【００１７】さらに、制御対象に関する情報を検出手段
によって検出し、前記検出に基づいて、機構部を制御手
段によって制御する自動機械の制御方法において、作業
スキル記述手段によって前記機構部の動作手順を生成す
る規範を表す作業スキルを推論手段に入力するステップ
と、前記作業スキルと前記検出手段の出力を参照するス
テップと、前記機構部の動作変更手順を前記推論手段に
よって推論するステップと、前記動作変更手順を前記制
御手段に与えるステップとによって、前記機構部を制御
するようにしたものである。

【００１８】また、制御対象に関する情報を検出手段に
よって検出し、前記検出に基づいて、機構部を制御手段
によって制御する自動機械の制御方法において、前記機
構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキルを作業
スキル記述手段によって推論手段に入力し、前記機構部
の前記制御と並行して、前記推論手段によって、前記作
業スキルと前記検出手段の出力とを参照して前記機構部
の動作変更手順を推論し、前記動作変更手順を前記制御
手段に与えることによって、前記機構部を制御するよう
にしたものである。

【００１９】また、制御対象に関する情報を検出手段に
よって検出し、前記検出に基づいて、機構部を制御手段
によって制御する自動機械の制御方法において、前記機
構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキルを作業
スキル記述手段によって推論手段に入力し、記述された
作業スキルのうち前記機構部の前記制御に係る作業スキ
ルを制御手段によって指定し、前記機構部の前記制御と
並行して、前記推論手段によって、指定された前記作業
スキルと前記検出手段の出力とを参照して前記機構部の
動作変更手順を推論し、前記動作変更手順を前記制御手
段に与えることによって、前記機構部を制御するように
したものである。

【００２０】また、制御対象に関する情報を検出手段に
よって検出し、前記検出に基づいて、機構部を制御手段
によって制御する自動機械の制御方法において、前記機
構部の動作変更手順を生成する規範とその動作完了を判
断する規範とを表す作業スキルを作業スキル記述手段に
よって推論手段に入力し、前記機構部の前記制御と並行
して、前記推論手段によって、前記作業スキルと前記検
出手段の出力とを参照して動作変更手順を推論し、前記
動作変更手順を前記制御手段に与えることによって、前
記機構部を制御するようにしたものである。

【００２１】

【作用】作業スキルは検出手段であるセンサにより検出
される作業状態の変化に応じて、機構部が採るべき動作
手順を生成する規範を表し、作業スキル記述手段により
定義され、推論手段に記述される。前記作業スキル記述
手段によって、ユーザは容易に作業スキルを定義するこ
とができる。

【００２２】さらに具体的に言えば、作業スキルとは、
例えば、作業シーケンスの実行状態を表す定性的な情報
や、センサ信号のように物理状態を表す定量的な情報に
関する条件式からなる前件部と、機構部の定量的な動作
手順からなる後件部とから構成されるルールとして表現
したものである。

【００２３】また、作業スキルを記述するとは、具体的
な手段においては、前記作業スキルを作成することのほ
か、前記推論手段への入力も含む。従って、記述は、前
記作業スキルの作成を前記推論手段への入力と同時に行
うものであっても良いし、予め作成しておいた作業スキ
ルを前記推論手段に入力する動作又は操作であっても良
い。

【００２４】一方、機構部は機構部制御プログラム教示
手段により定義された機構部制御プログラムに従って、
制御手段によって制御される。

【００２５】前記推論手段は、前記制御手段による機構
部の制御と並行して、センサによって検出される制御対
象に関する情報から機構部の作業状態を推論し、前記作
業状態と前記作業スキルとを照合する処理を行い、前記
作業状態の変化に応じて機構部が採るべき動作変更手順
を推論する。ここで、制御対象とは機構部又はその作業
対象物又はそれらを合わせたものをいう。

【００２６】前記制御手段は、機構部の制御の処理の中
で、前記推論手段からの情報通知を一定周期毎に監視
し、前記推論手段によって推論される動作変更手順を受
け付けることができるようになっている。これによっ
て、前記制御手段は、任意の時点において、その動作シ
ーケンスを変更することが可能になる。

【００２７】また、このとき、前記制御手段が機構部制
御プログラムによって指定されたある一連の動作を実行
するにあたって、前記推論手段に登録された作業スキル
のうち、関係するものを指定するようにしてもよい。

【００２８】また、前記制御手段は前記推論手段の監視
を行なわず、前記推論手段が前記制御手段に動作シーケ
ンスの変更を要求したときに、動作変更手順を受け付け
るようにすることも可能である。

【００２９】動作変更手順は、上記各手段の作用から分
かるように、前記機構部の動作を修正する手順であって
も良いし、前記機構部の作業状態が変化していく途中で
必要とされる動作に変更する手順であっても良い。

【００３０】前記作業スキル記述手段は、予め定義して
おいた多数の作業スキル（作業スキル群）の中から、任
意の作業スキルをユーザが選択できるようになってい
て、選択した一つ又は複数の作業スキルを、前記推論手
段に登録できるようになっていても良い。

【００３１】前記制御手段及び前記推論手段に構成され
る演算手段は、制御又は前記動作変更手順の推論のため
の演算を行うが、各手段に対して１個ずつ設けても良い
し、各手段で１個の演算手段を共有しても良い。各手段
に対して１個ずつ設けられるときは各手段の演算専用で
あるが、各手段で共有されるときは時分割で各手段の演
算を行う。

【００３２】また、各手段にそれぞれ演算手段が設けら
れるときは、各演算手段で共有される情報記憶手段を設
けることができる。前記共有情報記憶手段は各演算手段
の演算結果を記憶しておくために使用されるが、両演算
手段からアクセスできるため、各演算手段間での情報の
伝達を前記共有情報記憶手段を介して行うことができ
る。もちろん、各演算手段間での情報の伝達は、前記共
有情報記憶手段を介さず、別のラインを設けて行っても
良い。

【００３３】また、上記各手段等から成る自動機械を、
以下のような制御方法によって、動作させることができ
る。

【００３４】まず、機構部の動作手順を生成する規範を
表す作業スキルを、作業スキル記述手段によって推論手
段に記述する。前記推論手段は、制御手段による前記機
構部の制御と並行して、前記作業スキルと制御対象に関
する情報を検出する検出手段の出力とを参照して、前記
機構部の動作変更手順を推論する。推論された前記動作
変更手順は前記制御手段に与えられ、前記機構部は前記
動作変更手順を用いて制御される。

【００３５】このとき、前記制御手段による制御は、前
記機構部制御プログラムに従う制御から前記動作変更手
順に従う制御に切り替えられるが、前記動作変更手順に
従う制御の完了を判断する手順を前記作業スキルの中に
記述しておくことができる。このようにすることによっ
て、前記制御手段による機構部の制御が、変更した動作
の完了と共に、自動的に前記機構部制御プログラムに従
う制御に復帰するようにすることができる。

【００３６】また、作業スキルが多数記述される場合
は、記述された作業スキルのうちから、前記制御手段の
制御の各局面において必要とされる作業スキルを、制御
手段によって指定するようにすることができる。このよ
うにすることによって、前記制御手段の制御の各局面に
おいて、参照する作業スキルを少なくすることが可能に
なり、処理の高速化につながる。

【００３７】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明を適用し
た実施例について説明する。図１は、本発明の制御方法
の基本構成を示すものである。センサ４は、その用途に
より、自動機械の機構部１に直接取り付けられるもの
と、機構部１と離れたところに設置されるものに分類さ
れる。例えば、ロボットの機構部１の手先に作用する接
触力を検出するための６軸力センサなどは、ロボットの
機構部１の手首部に内蔵され、視覚センサなどのよう
に、作業点から少し離れたところから作業状況を計測す
るものは、機構部１から離れたところに設置される。

【００３８】本実施例の制御系は、大きく分けると制御
部２と推論部３から構成される。制御部２では、まず、
自動機械のユーザが機構制御プログラム教示手段２０を
用いて、機構部１の動作シーケンスを機構部制御プログ
ラム２１として入力する。この機構部制御プログラム２
１が、制御手段２２により逐次解釈実行されることで、
自動機械の通常の作業は遂行される。なお、機構部１が
動作するために必要な位置姿勢データの情報は、機構部
制御プログラム２１に含まれるものとする。

【００３９】推論部３では、まず、ユーザが作業スキル
記述手段３０を用いて、センサ４により検出される作業
状態の変化に応じて、機構部１の適正な動作手順を生成
するための規範を、作業スキル３１として入力する。通
常、複数の作業スキル３１が登録されているため、推論
部３では、その場面で必要とされる作業スキル３１を選
択的に参照するが、参照すべき作業スキルについては、
制御部２から作業スキル参照２３のメッセージによって
指示を与える。

【００４０】自動機械の作業中には、センサ４の入力信
号の情報、すなわち作業状態３４の情報が常時、推論手
段３２に取り込まれており、推論手段３２が、この作業
状態３４と作業スキル３１を適宜照合することで、作業
状態３４の変化に応じた、適切な動作変更手順３３を生
成する。なお、このような作業スキル３１に基づく処理
のことを推論処理と呼び、これを行う手段のことを推論
手段３２とする。

【００４１】ここで生成された動作変更手順３３は、制
御手段２２に対するメッセージとして伝達される。制御
部２では、推論部３からのメッセージを常時受け付けて
おり、動作変更手順３３が伝達されると、実行中の動作
を即座に中断し、動作変更手順３３に従って、動作シー
ケンスを変更する。このような制御方法を適用すること
で、予め与えられた動作シーケンスに沿いつつ、しかも
作業状態３４の実時間変化に柔軟に適応できる、信頼性
の高い作業を実現することができる。

【００４２】図２は、本発明の制御方法を適用した組立
作業の一例を示すものである。ロボット機構部１の手首
部分には、ロボット機構部１の手先に作用する力とモー
メントを検出するための６軸力センサ４が取り付けられ
ており、図２中に示す各座標軸方向の力とそれらの軸回
りのモーメントが検出できる。ロボット機構部１の手先
には、ワーク６ａを把持するためのハンド５が取り付け
られている。

【００４３】ワーク６ａは、ワーク６ｂと組み合わさる
ものであり、両者の組み合わせの固定のために、ワーク
６ｂ側には、爪７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂが設けられてい
る。ワーク６ａの内側には、爪７ａ、７ｂに加工された
凹凸に合った形状の溝が加工されており、ここに爪７
ａ、７ｂが噛み合えば、ワーク６ａ、６ｂは確実に固定
されるようになっている。

【００４４】図３は、図２に示す位置関係を、ｘ軸方向
から見たものである。ワーク６ａとワーク６ｂの突き合
わせ部分は、同一の寸法、形状に加工されており、材質
はプラスチックのように、力を加えることにより、多少
の変形が生じるものとする。ワーク６ｂ側の爪７ａ、７
ｂには、ワーク６ａの内側に挿入しやすいようにテーパ
加工が施してあり、ワーク６ａに挿入する際に、爪７
ａ、７ｂは内側に変形し、ワーク６ａ内側の溝に爪７
ａ、７ｂの凹凸がうまく噛み合った時点で、元の状態に
戻るようになっている。もし、このときワーク６ａ、６
ｂの突き合わせ方がずれていたりすると、爪７ａ、７ｂ
とワーク６ａ側の溝がうまく噛み合わず、ワーク６ａ、
６ｂの固定が不良となる。

【００４５】図４は、ワーク６ａとワーク６ｂの突き合
わせがずれた状態の一例を示すものである。

【００４６】この例では、ワーク６ａ、６ｂの突き合わ
せ面が平行でなく、位置ずれも生じたままで、両者の突
き合わせを行ったために、ワーク６ｂの一辺に、ワーク
６ａの突き合わせ面が片当たりした状態が生じている。
このような状態は、ロボット機構部１の位置決め精度、
ワーク６ａの把持位置のずれ、ワーク６ｂの据え付け位
置のずれ、ワーク６ａ、６ｂそのものの加工精度などが
原因となって生じる可能性がある。

【００４７】図４の例の場合、ワーク６ａ、６ｂの突き
合わせが片当たりになっているため、ロボット機構部１
の手先には、その状態を反映した反力が作用する。すな
わち、ワーク６ａ、６ｂが接触したことによる反力（Ｆ
ｙ）と、片当たり部分を軸とするモーメント（Ｍｘ）が
発生し、これらはロボット機構部１の手首に取り付けら
れた６軸力センサ４によって検出される。

【００４８】つまり、図４のような状態は、手首に取り
付けられた６軸力センサ４の情報を監視することで検知
でき、これをもとに以後のロボット機構部１の動作変更
を行えばよい。図４の場合であれば、一旦ロボット機構
部１をｙ軸の正方向に戻して、ワーク６ａ、６ｂを引き
離した後、ｚ軸の負方向に少しだけ移動して、ワーク６
ａ、６ｂの突き合わせ面を正対させ、再度ワーク６ａ、
６ｂを突き合わせる、と言う動作変更の手順が考えられ
る。

【００４９】このように、作業状態３４の変化を示す様
々なセンサ情報に基づいて、適正な動作手順を決定する
規範のことを、作業スキルと呼ぶ。作業スキルは、作業
シーケンスの実行状態を表す定性的な情報や、センサ信
号のように物理状態を表す定量的な情報からなる条件式
を前件部、機構部１の定量的な動作の手順を後件部とす
るＩＦ〜ＴＨＥＮ…形式のルールとして表現することが
できる。

【００５０】図５は、図２の作業の機構部制御プログラ
ム２１と作業スキル３１の一例を示すものである。

【００５１】機構部制御プログラム２１は、ロボット言
語のようなロボット機構部１の動作手順を記述するため
のプログラム言語で記述され、通常は、この機構部制御
プログラム２１の通りにロボット機構部１が動作するこ
とで、所定の作業を繰り返し遂行することができる。

【００５２】しかし、作業によっては、機構部制御プロ
グラム２１に記述したような固定的なシーケンスだけで
は対応できないため、作業状態３４の変化に適応して、
動作修正を行う必要がある。

【００５３】従来技術では、このような作業状態３４の
変化に応じた動作修正を実現するため、多くの場合、ロ
ボット・コントローラの内部機能として、特定の作業内
容に応じた動作修正のアルゴリズムを予め用意し、この
機能を一般のユーザに対して、ロボット言語の拡張命令
などの形で提供していた。例えば、特定のセンサの信号
がＯＮになったり、一定の反力が作用したりすること
で、移動中のロボット機構部１の動作を停止させる、と
言うような命令を、予めロボット言語の中に用意してい
た。

【００５４】しかし、このように、ロボット・コントロ
ーラの内部機能として、作業内容に応じた動作修正の処
理を持たせた場合、ユーザが用いるワークやセンサの種
類によっては、予めロボット・コントローラが有するア
ルゴリズムでは対応できないことがあり、このアルゴリ
ズムを修正しようとしても、ロボット・コントローラの
内部機能に関する情報は通常は公開されておらず、一般
のユーザがこれを行うのは非常に困難である。

【００５５】また、ユーザの多様な要求に応えるために
は、ユーザの作業内容に応じて、その都度、ロボット・
コントローラの開発元において、内部機能を拡張し、そ
の機能を利用するための拡張命令やパラメータを追加し
ていかなければならず、これは開発元における開発工数
の増大につながる。

【００５６】そこで、本発明は、このような作業状態３
４の変化に応じた動作変更の手順を生成するための規
範、すなわち作業スキルを、ＩＦ〜ＴＨＥＮ…形式の表
現を用いたルールの集合として、ユーザ自身が自由に定
義できる、汎用的な記述手段を提供する。このような作
業スキル記述手段３０を用いることにより、ロボット・
コントローラの内部機能に手を加える必要もなくなる。

【００５７】図５に示した作業スキル３１は、このよう
な作業スキル記述手段３０による表記の一例である。

【００５８】図５に示すように、作業スキル３１は、機
構部制御プログラム２１とは分けて記述されており、そ
れぞれの意味付けも明確に区別される。すなわち、機構
部制御プログラム２１では、ロボット機構部１が本来行
うべき一連の作業の手順が記述されており、これはロボ
ット言語のような手続き型のプログラム言語で記述する
のが望ましい。

【００５９】一方、作業スキル３１では、一連の作業の
流れの中で、局所的に生じる作業状態３４の変化に応じ
て、動作変更の手順を生成するための規範が記述されて
おり、これには、ＩＦ〜ＴＨＥＮ…形式の表現のよう
に、ある条件に当てはまれば、それに応じた動作を実行
する、と言うようなルールで記述できるプログラム言語
の方が、動作変更の手順を直感的に表現できると言う点
で適しており、ユーザにとっても扱いやすいものである
と言える。

【００６０】図５において、９ａに示すＳＫＩＬＬ１
は、図４のような状態が生じた場合の動作変更の手順を
定義したルールの例であり、各ルールの前件部には６軸
力センサ４の出力値の条件式、後件部にはロボット言語
による動作手順が記述される。例えば、９ａの第一ルー
ルは、「ｘ軸回りのモーメントが５．０ｋｇ・ｃｍより
大きく、ｙ軸方向の反力が３．０ｋｇよりも大きいなら
ば、まず、ｙ軸の負方向に２０．０ｍｍ、ｚ軸の負方向
に２．０ｍｍだけ移動し、次に、再びｙ軸の正方向に２
０．０ｍｍ移動し、ワークを突き合わせる」と言うもの
である。

【００６１】また、従来技術におけるセンサ４の情報に
基づく動作修正は、ロボット機構部１の手先の目標位置
あるいは軌道に対する位置補正を行うものであり、ロボ
ット機構部１の動作中の任意の時点において、その動作
シーケンスそのものを動的に変更するような動作変更を
行うことは困難であった。

【００６２】本発明では、機構部制御プログラム２１と
作業スキル３１が、それぞれ制御部２の制御手段２２と
推論部３の推論手段３２によって並行して処理されるた
め、ロボット機構部１の動作制御の処理と独立して、常
に作業状態３４の監視を行うことができ、ロボット機構
部１の動作中の任意の時点において、作業状態３４の変
化に適応して、動的に動作シーケンスを変更することが
可能である。

【００６３】すなわち、推論部３では、作業スキル３１
のルール群９ａを処理するループが繰り返されており、
ルールの条件部が成立すれば、制御部２に対してメッセ
ージが通知される。これと並行して、制御部２では、機
構部１の動作制御の演算処理ループが繰り返されてお
り、このループの中で推論部３からの動作変更手順３３
に関する通知メッセージを受け取り、それに従って動作
シーケンスを変更するようになっている。

【００６４】図６は、図５の機構部制御プログラム２１
と作業スキル３１が、それぞれの演算手段により並行し
て処理される手順、すなわち機構部制御プログラム２１
の解釈実行手順と、作業スキル３１を用いた推論手順の
詳細を示すものである。

【００６５】まず、ユーザが定義した作業スキル３１
は、機構部制御プログラム２１の中で適宜選択的に参照
できるようになっている。例えば、図５の１０ａに示す
ようにルール集合９ａ（ＳＫＩＬＬ１）の参照を宣言す
る文（ＵＳＥ ＳＫＩＬＬ１）を、機構部制御プログラ
ム２１の中に記述することで、それに続く単位作業を示
す動作命令１０ｂ（ＭＯＶ Ｌ，Ｐ００２）の実行開始
と同時に、ルール集合９ａが参照されるようになる。具
体的には、制御部２から推論部３に対して、ルール集合
９ａを参照するように、メッセージが通知される（処理
６０１）。

【００６６】推論部３は、制御部２から作業スキル３１
参照の通知を受けて、指定されたルール集合９ａの処理
を開始する。すなわち、各ルールの前件部に定義された
条件式が成立しているかどうか判断され（処理６０８，
６１１）、もし条件式が成立すれば、ルールの後件部に
定義された動作変更手順３３が生成され（処理６０９，
６１２）、これがメッセージとして、制御部２に対して
通知される（処理６１０，６１３）。ルールは記述され
ている順に処理されて行き、ルール群９ａの最後のルー
ルの処理が終わると、ルール群９ａの最初に戻り、再び
上記の処理を繰り返す。

【００６７】制御部２は、作業スキル３１参照を宣言し
た後、その作業スキル３１を参照しながら行うべき単位
動作を示す動作命令文１０ｂを読み込んで、それを解釈
実行する。すなわち、動作命令文１０ｂの中で指定され
た経路に沿って移動するための補間演算を行い、その補
間点一つ分について、ロボット機構部１の手先の位置姿
勢データから各関節角度データへの座標変換の演算が行
われる。さらに、ここで得られた関節角度データを、サ
ーボ系に対する指令値として出力する（処理６０２）。

【００６８】補間点一つ分の処理が終了すると、制御部
２は、推論部３からの動作変更手順３３に関するメッセ
ージが通知されているかどうかをチェックする（処理６
０３）。

【００６９】ここで、推論部３から動作変更手順３３が
通知されていれば、これに従って動作手順の変更が行わ
れる（処理６０４，６０５）。つまり、それまで実行中
だった目標経路の移動を中断して、新たに動作変更手順
３３によって与えられた動作シーケンスの目標経路の移
動を開始するように、必要なデータの設定を変更する。
このように、サーボ指令値が出力される周期（サンプリ
ング周期）毎に、動作変更手順３３を受け付けること
で、センサにより検出される外界の状況を、サーボ指令
値が出力される毎に、ロボット機構部１の動作制御に反
映させることができ、その結果、ロボット機構部１が動
作中の任意の時点において、その動作シーケンスを変更
することが可能となる。

【００７０】また、推論部３からの動作変更手順３３の
通知メッセージがなければ、そのまま従来の目標経路の
移動を行う。

【００７１】なお、作業スキル３１の中には、作業スキ
ル３１を参照しながら実行する単位作業の完了を監視す
るルールがあり、このルールの条件式が満足されれば、
その単位作業の動作は完了したと見なされ、作業スキル
３１の参照を終了する（処理６１４，６１５）。このと
き、推論部３から制御部２に対して、所定の動作が完了
したことをメッセージとして通知する（処理６１６）。

【００７２】例えば、動作命令文１０ｂは、図２のよう
なワーク６ａ、６ｂの突き合わせ動作であり、この単位
動作は、図５に示すルール集合９ａの最後のルールの条
件式を満たすことで、完了したと見なされる。すなわ
ち、ｙ軸方向の反力（Ｆｙ）が４．０ｋｇより大きく、
ｘ軸回りのモーメント（Ｍｘ）が−５．０から＋５．０
ｋｇ・ｃｍの間の値であれば、この単位動作は完了した
と見なされ、ルール集合９ａの参照を終了する（ＥＮＤ
ＳＫＩＬＬ１）。

【００７３】制御部２では、推論部３から動作完了のメ
ッセージが通知されると、作業スキルの参照を終了し
（処理６０６，６０７）、機構部制御プログラム２１の
次の命令文の解釈実行を行う。動作完了のメッセージが
通知されていなければ、再び経路補間の処理に戻って、
次の補間点に関する座標変換以降の処理を繰り返す（処
理６０６）。

【００７４】また、機構部制御プログラム２１中の作業
スキル参照宣言文１０ａにより、一度にいくつもの作業
スキル３１を参照することができ、参照中の作業スキル
３１に含まれるルールの前件部で評価されるセンサ情報
は、推論部３により、常時監視されることになる。この
ように、作業スキル３１の参照を選択的にすることで、
監視すべきセンサ情報の量を必要最小限に止め、推論部
３の入出力信号の監視に要する時間を短縮することがで
き、その結果として、状態の変化に対して高速に応答す
ることができる。

【００７５】なお、さらに高速な応答が必要な場合は、
割込み信号として、センサ４の入力信号を取り込むこと
で対応でき、この場合でも、図５と同様のルール型のプ
ログラム言語で、作業スキル３１を定義できる。

【００７６】また、上記の実施例における制御装置とし
ては、まず、制御部２と推論部３のそれぞれの処理を担
当する、独立した演算手段（例えば、マイクロプロセッ
サなど）を有する構成のものが挙げられる。図７は、こ
のような構成の制御装置（以下、コントローラ１１）の
一例を示す。

【００７７】制御手段２２は、その演算処理を行う制御
用演算手段２２ｃと、ユーザにより入力された機構部制
御プログラム２１を記憶するための機構部制御プログラ
ム記憶手段２２ａと、この機構部制御プログラム２１を
解釈実行して、機構部１の動作を制御する手順を記憶す
るための制御手順記憶手段２２ｂと、モータ駆動回路２
２ｄから構成される。

【００７８】推論手段３２は、その演算処理を行う推論
用演算手段３２ｃと、ユーザにより入力された作業スキ
ル３１を記憶するための作業スキル記憶手段３２ａと、
この作業スキル３１をセンサ４により検出される作業状
態３４を照合して、作業状態３４の変化に応じた、適切
な動作変更手順３３を生成する手順を記憶するための推
論手順記憶手段３２ｂと、入出力インタフェース３３ｄ
から構成される。

【００７９】また、図７のコントローラ１１では、制御
部２と推論部３の間で情報を伝達するための手段とし
て、共有情報記憶手段３２ｅを用いており、これを経由
して、制御部２と推論部３の間では高速に情報が伝達さ
れる仕組みになっている。なお、共有情報記憶手段３２
ｅには、デュアル・ポートＲＡＭなどのような複数系統
のアクセス経路を持つメモリを用いることで、データ量
の多い場合でも、十分に高速なデータ転送を行うことが
できる。

【００８０】このように機構部制御プログラム２１と作
業スキル３１は、それぞれ独立した演算手段である、制
御用演算手段２２ｃと推論用演算手段３２ｃによって、
並行して処理されるために、演算手段一つあたりの処理
負荷を抑えることができる。また、ロボット機構部１の
動作制御の処理と独立に、常に作業状態３４の監視を行
うことができ、作業状態３４の変化に対して、高速に適
応することができる。

【００８１】また、制御装置で使用するプロセッサの処
理速度が十分に速い場合には、一つのプロセッサだけで
も実現することができる。この場合、制御部２と推論部
３の演算処理をそれぞれ別のタスクとして定義してお
き、これらをマルチタスク処理により、並行して動作さ
せるようにする。

【００８２】図８は、１つのプロセッサ（演算手段１
２）により、制御部２と推論部３の処理を並行して行う
コントローラ１１の構成を示すものである。

【００８３】図８では、一つの演算手段１２の中で全て
の処理が行われるため、作業スキル参照２３、動作修正
手順３３などのメッセージ通知は図示していない。

【００８４】なお、ここで、このようなマルチタスクの
手法を採用することが可能となる条件として、一回あた
りの制御部の処理、つまり上述の補間点一つ分の演算処
理に要する時間が、サーボ指令値の出力周期に比べて十
分に短く、他の処理を行う余裕があることが挙げられ
る。

【００８５】図９は、図８のコントローラ１１におい
て、ロボット機構部１の動作の制御を行う処理（以下、
制御処理タスク）と、作業スキル３１を用いた推論を行
う処理（以下、推論処理タスク）が、マルチタスク処理
により、並行して実行される様子をタイミングチャート
で示すものである。

【００８６】まず、制御部２の処理は、ロボット機構部
１の各関節に組み込まれたモータに対して、一定の周期
でサーボ指令値を出力する必要があるため、これと同じ
周期毎に制御処理タスクを起動し、必要な演算を行った
後、サーボ系（モータ駆動回路２２ｄ）へ指令値を出力
する（処理９０１）。また、この制御処理タスクには、
推論処理タスクからの動作変更手順３３に関するメッセ
ージが通知されているかどうかをチェックする処理が含
まれているため、サーボ指令値を出力する毎に、センサ
により検出される外界の状況を反映させることが可能と
なる。

【００８７】推論処理タスクは、制御処理タスクが休止
している間に実行されており、他に緊急を要する処理が
ない限りは、できるだけ作業状態３４の監視を行い、状
態の変化に応じた適正な動作変更手順３３を生成し、こ
れを制御処理タスクに通知する（処理９０２）。

【００８８】制御処理タスク、推論処理タスク以外の処
理タスクについては、必要となったときに随時、起動さ
れ、実行される（処理９０３）。

【００８９】このような一つの演算手段１２におけるマ
ルチタスク処理は、本発明の制御方法における機構部の
制御処理と作業スキルによる動作変更の処理（推論処
理）を並行して実行する、と言う概念に含まれるもので
ある。

【００９０】なお、作業状態３４の変化に対する応答の
遅れが問題にならない場合は、推論処理タスクも一定周
期（例えば、サーボ指令値出力周期の整数倍の周期な
ど）で起動し、実行する方法も可能である。

【００９１】また、作業状態３４の変化が発生したこと
を、割込み信号として入力できるように入出力インタフ
ェース３３ｄの回路を構成しておき、この割込み入力に
より起動される割込みハンドラとして、推論処理タスク
を作る方法も可能である。

【００９２】また、上記実施例では、作業状態３４の変
化に適応するための動作変更に関する例を挙げている
が、これと同様にして、作業中に生じた何らかのトラブ
ルから復帰するための適正な動作シーケンスを生成する
こともでき、自動機械の作業の信頼性をさらに向上させ
ることが可能である。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、制御手段と並行して動
作する推論手段を設け、前記推論手段による動作変更手
順生成のための規範を記述できるようにしたことによ
り、自動機械の実時間動作の中で必要とされる動作変更
を容易に行なうことができ、信頼性の高い作業を遂行す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御方法の基本構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明を適用するロボットの組立作業の一例を
示す図である。

【図３】図２に示す組立作業を横方向から見た様子を示
す図である。

【図４】図２に示す組立作業において、ワークの突き合
わせに不具合が生じた例を示す図である。

【図５】図２に示す組立作業を行うための機構部制御プ
ログラムと、その中で参照される作業スキルを示す図で
ある。

【図６】図５に示す機構部制御プログラムと作業スキル
の処理手順を示す図である。

【図７】本発明の自動機械の制御装置の一実施例の構成
を示すブロック図である。

【図８】本発明の自動機械の制御装置の別の実施例の構
成を示すブロック図である。

【図９】図８に示す制御装置におけるマルチタスク処理
を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１…機構部またはロボット機構部、２…制御部、２０…
機構部制御プログラム教示手段、２１…機構部制御プロ
グラム、２２…制御手段、２２ａ…機構部制御プログラ
ム記憶手段、２２ｂ…制御手順記憶手段、２２ｃ…制御
用演算手段、２２ｄ…モータ駆動回路、２３…作業スキ
ル参照、２４…サーボ指令、２５…フィードバック信号
３…推論部、３０…作業スキル記述手段、３１…作業ス
キル、３２…推論手段、３２ａ…作業スキル記憶手段、
３２ｂ…推論手順記憶手段、３２ｃ…推論用演算手段、
３２ｄ…入出力インタフェース、３２ｅ…共有情報記憶
手段、３３…動作変更手順、３４…作業状態、３５…セ
ンサ制御信号、４…センサまたは６軸力センサ、５…ハ
ンド、６ａ、６ｂ…ワーク、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ…
ワーク固定用爪、９ａ…ルール集合、１０ａ…作業スキ
ル参照宣言文、１０ｂ…動作命令文、１１…コントロー
ラ、１２…演算手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｍ 9131−3Ｈ 19/05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機構部と、前記機構部を制御する制御手段
   と、前記制御手段の制御対象に関する情報を検出する検
   出手段とから構成される自動機械において、 前記機構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキル
   と、前記作業スキルを記述するための作業スキル記述手
   段と、前記作業スキルと前記検出手段の出力を参照し
   て、前記機構部の動作変更手順を推論する推論手段とを
   設け、前記動作変更手順を前記制御手段に与えることに
   よって、前記機構部を制御するようにしたことを特徴と
   する自動機械。
2. 【請求項２】機構部と、前記機構部を制御する制御手段
   と、前記制御手段の制御対象に関する情報を検出する検
   出手段とから構成される自動機械において、 前記機構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキル
   を並べた作業スキル群と、前記作業スキル群から必要と
   する作業スキルを任意選択可能にする作業スキル選択手
   段と、選択された作業スキルと前記検出手段の出力を参
   照して、前記機構部の動作変更手順を推論する推論手段
   とを設け、前記動作変更手順を前記制御手段に与えるこ
   とによって、前記機構部を制御するようにしたことを特
   徴とする自動機械。
3. 【請求項３】機構部と、前記機構部を制御する演算手段
   を備えた制御手段と、前記制御手段の制御対象に関する
   情報を検出する検出手段とから構成される自動機械にお
   いて、 前記機構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキル
   と、前記作業スキルを記述するための作業スキル記述手
   段と、前記機構部の動作を変更する手順を推論する演算
   手段と、前記推論用演算手段と前記制御用演算手段の間
   で共有される情報記憶手段とを設け、前記推論用演算手
   段によって前記作業スキルと前記検出手段の出力又は前
   記共有情報記憶手段の情報を参照して、前記機構部の動
   作変更手順を決定し、前記動作変更手順を前記共有情報
   記憶手段を介して前記制御手段に与えることによって、
   前記機構部を制御するようにしたことを特徴とする自動
   機械。
4. 【請求項４】機構部と、前記機構部を制御する制御手段
   と、前記制御手段の制御対象に関する情報を検出する検
   出手段とから構成される自動機械において、 前記機構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキル
   と、前記作業スキルを記述するための作業スキル記述手
   段と、前記作業スキルと前記検出手段の出力を参照し
   て、前記機構部の動作変更手順を前記制御手段と共有さ
   れる演算手段を用いて推論する推論手段とを設け、前記
   動作変更手順を用いて、前記機構部を制御するようにし
   たことを特徴とする自動機械。
5. 【請求項５】機構部と、前記機構部を制御する制御部
   と、前記機構部の動作を変更する手順を決定する推論部
   とを有し、 前記制御部は制御手段と前記機構部を制御するプログラ
   ムと前記制御手段に前記機構部制御プログラムを与える
   機構部制御プログラム教示手段とから成り、 前記制御手段は前記機構部制御プログラムを記憶する機
   構部制御プログラム記憶手段と、前記機構部制御プログ
   ラムを解釈実行して前記機構部を制御する手順を記憶す
   る制御手順記憶手段と、前記機構部制御プログラム及び
   前記制御手順によって演算を行う制御用演算手段と、前
   記演算の結果に基づいて前記機構部のモータを駆動する
   モータ駆動回路とから成り、 前記推論部は前記機構部の動作手順を生成する規範を表
   す作業スキルと、前記作業スキルを記述するための作業
   スキル記述手段と、前記機構部の動作を変更する手順を
   推論する推論手段とから成り、 前記推論手段は前記作業スキルを記憶する作業スキル記
   憶手段と、前記作業スキルを解釈実行するための手順を
   記憶する推論手順記憶手段と、前記推論手順に基づいて
   演算を行う推論用演算手段と、前記推論用演算手段と前
   記検出手段とを接続する入出力インタフェースとから成
   り、 前記推論用演算手段と前記制御用演算手段の間に各演算
   手段によって共有される情報記憶手段とを設け、 前記推論用演算手段によって前記作業スキルと前記検出
   手段の出力又は前記共有情報記憶手段の情報を参照し
   て、前記機構部の動作変更手順を決定し、前記動作変更
   手順を前記共有情報記憶手段を介して前記制御手段に与
   えることによって、前記機構部を制御するようにしたこ
   とを特徴とする自動機械。
6. 【請求項６】制御対象に関する情報を検出手段によって
   検出し、前記検出に基づいて、機構部を制御手段によっ
   て制御する自動機械の制御方法において、 作業スキル記述手段によって前記機構部の動作手順を生
   成する規範を表す作業スキルを推論手段に入力するステ
   ップと、前記作業スキルと前記検出手段の出力を参照す
   るステップと、前記機構部の動作変更手順を前記推論手
   段によって推論するステップと、前記動作変更手順を前
   記制御手段に与えるステップとによって、前記機構部を
   制御するようにしたことを特徴とする自動機械の制御方
   法。
7. 【請求項７】制御対象に関する情報を検出手段によって
   検出し、前記検出に基づいて、機構部を制御手段によっ
   て制御する自動機械の制御方法において、 前記機構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキル
   を作業スキル記述手段によって推論手段に入力し、前記
   機構部の前記制御と並行して、前記推論手段によって、
   前記作業スキルと前記検出手段の出力とを参照して前記
   機構部の動作変更手順を推論し、前記動作変更手順を前
   記制御手段に与えることによって、前記機構部を制御す
   るようにしたことを特徴とする自動機械の制御方法。
8. 【請求項８】制御対象に関する情報を検出手段によって
   検出し、前記検出に基づいて、機構部を制御手段によっ
   て制御する自動機械の制御方法において、 前記機構部の動作手順を生成する規範を表す作業スキル
   を作業スキル記述手段によって推論手段に入力し、記述
   された作業スキルのうち前記機構部の前記制御に係る作
   業スキルを制御手段によって指定し、前記機構部の前記
   制御と並行して、前記推論手段によって、指定された前
   記作業スキルと前記検出手段の出力とを参照して前記機
   構部の動作変更手順を推論し、前記動作変更手順を前記
   制御手段に与えることによって、前記機構部を制御する
   ようにしたことを特徴とする自動機械の制御方法。
9. 【請求項９】制御対象に関する情報を検出手段によって
   検出し、前記検出に基づいて、機構部を制御手段によっ
   て制御する自動機械の制御方法において、 前記機構部の動作変更手順を生成する規範とその動作完
   了を判断する規範とを表す作業スキルを作業スキル記述
   手段によって推論手段に入力し、前記機構部の前記制御
   と並行して、前記推論手段によって、前記作業スキルと
   前記検出手段の出力とを参照して動作変更手順を推論
   し、前記動作変更手順を前記制御手段に与えることによ
   って、前記機構部を制御するようにしたことを特徴とす
   る自動機械の制御方法。