JPS62232006A

JPS62232006A - ロボツト・システム

Info

Publication number: JPS62232006A
Application number: JP61075685A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kuwabara; 一桑原; Takaharu Matsumoto; 松本　高治; Yutaka Ono; 裕小野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1986-04-02
Publication date: 1987-10-12
Also published as: US4833624A

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】（産業上の利用分野）本発明は、製品の組立などの複雑な作業を効率よく実行
するロボットシステムに関するものである。

（従来の技術）第１５図〜第１７図は、従来のロボットシステムの一例
を示す構成概念図である。

第１５図のシステムは、コンピュータ１を中核Ｋ、プロ
グラム開発のためのキーボード２やＣＲＴ３等の入出力
機器、手動操作器４や周辺装置をつなぐ入出力ターミナ
ル５を備えている。コンピュータｌからの出力は、ロボ
ットアーム制御のためＫ、関節の数だけのサーボコント
ローラ６□〜６ｎＫ出力され、アーム７を制御する。

人間の作業に近い高度な作業をロボットにさせるには、
２本のアームを用い、２本の腕を協調させて動かしたり
、ＴＶカメラ等の視覚センサからの信号を処理して、動
作を決定する等の機能が不可欠である。

第１５図に示すシステムは、中核にコンピュータｌがあ
るので、このコンピュータ１がその機能を担当するとと
Ｋなるが、ロボットでは直交座標で与えられたデータを
関節角度に変換する計算のためＫ、１秒間に１万回程度
の演算を要するので、同時に２本のアームを動かしたり
、画像処理を行なうことは困難であった。

第１６図及び第１７図は、この点を改善した従来システ
ムの構成概念図である。

第１６図システムは、アーム７を動かすロボット専用コ
ンピュータ１ａと、視覚センサ８からの信号を処理する
画像処理システム１ｂとで構成し、専用コンピュータ１
ａと、画像処理システム１ｂとを汎用通信ライン（Ｒ８
２３２Ｃ等）で結ぶようにしたものである。

第１７図システムは、ホストコンピュータ１の下に、ア
ーム７を動かすためのロボット用プロすッサｌａ、ｌｂ
や、視覚センサ８からの信号を処理する画像処理プロセ
ッサｌｃ、ｌｄを接続して構成したものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、これらの従来システムは、いずれも数値
制御工作機械の延長として発展してきたロボットシステ
ムであるため、高度な協調動作が不可能であるうえＫ、
作業内容、生産品目の頻繁な変更に対して迅速に対応す
ることが困難であるという問題点があった。

本発明は、従来システムにおけるこのような問題点に鑑
みてなされたもので、その目的は、作業内容や生産品目
の頻繁な変更に対して、柔軟に対応できる拡張性とフレ
キシビリティを有し、高度な協調作業を効率良く実行で
きるロボットシステムを実現することＫある。

（問題点を解決するための手段）このような目的を達成する本発明のロボットシステムは
、ロボット言語を塔載し、プログラムの作成、実行、保
存機能を持つ１台の主コンピュータと、この主コンピュ
ータに高速バスを介して接続された複数の従属コンピュ
ータとで構成され、主コンピュータはロボット言語を用
いて作成された作業プログラムを実行し、各従属コンピ
ータは主コンピュータが発行する動作単位の命令に従っ
て、アームの軌道生成、関節角度の発生、視覚の制御・
特徴量計算等をそれぞれ実行することを特徴としている
。

（作用）主コンピュータは情報の集中管理を、従属コンピュータ
はそれぞれ個別の機能を行なうことによって、システム
構築の７レキシビリテイが高まり、複数のアーム（マニ
ピュレータ）や視覚の並行動作や協調動作を効率良く行
うことを可能とする。

また、主コンピュータにすべてのプログラムとデータを
集約することにより、データアクセスやグログラ上間通
信を高速に行なえ、頻繁な作業内容の変更にも、速やか
に対応できるようＫしている。

（実施例）第１図は１本発明に係るロボットシステムの基本的な構
成プロ、り図である。図において、ｌはロボット言語を
塔載し、プログラムの作成、実行。

保存機能を持つ主コンビ、−夕で、プログラム開発のた
めのキーボード２とＣＲＴ３とを有している。

４は高速システムバス、５はこの高速システムバス４を
介して主コンピュータＩＫ結合するディスクコントロー
ラ、６はディスク装置、７は上位コンピュータ（図示せ
ず）との通信を行なうための通信インタフェースである
。

８はマニピュレータ、９はこのマニピュレータ８を制御
するマニピュレータ用従属コンピュータ、１０はＴＶカ
メラのよう彦視党センサ、１１はビデオモニタ、１２は
視覚センサ１ｏ及びビデオモニタ１１を制御する視覚制
御用従属コンピュータ、ｌ３け図示してない各種センナ
につながる入出力制御用の従属コンピュータ、１４はカ
ラーグラフィ、クディスプレイ、１５はこのディスプレ
イ１４を制御する監視（モニタ）用従属コンピュータで
ある。

各従属コンビ、−夕９．１２．１３．１５　　は、いず
れも高速システムバス４を介して主コンピュータｌに結
合しており、主コンビ、−タｌが発行する動作単位の命
令に従って、自分が担当している機能、即ち、アームの
軌道生成、関節角度の発生。

視覚の制御、特徴量計算等をそれぞれ実行する。

第２図は、従属コンピュータ９によって制御されるマニ
ピュレータ８の構成斜視図である。このマニピュレータ
は、腰回転Ｗｌ、肩回転Ｗ２．肘回転Ｗ３．手首ひねり
ｗ４．手首曲げＷ５１手先回転Ｗ６の６自由度垂直多関
節型で構成されている。各関節は、モータのロータを関
節に直結するダイレクトドライブ方式で駆動され、高い
位置決め分解能と繰返し位置精度を達成している。

第３図は、マニピュレータ８を制御する従属コンピュー
タ９の構成プロ、り図である。図において、９１は高速
システムバス４を介して主コンビ１−タＩＫ直結する従
属コントローラ部で、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ
）　、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）　　を含んでいる
。９２はローカルコマンドデータバス９３を介して従属
コントローラ部９１に結合する位２制御用コントローラ
で、マニピユレータ８の関節の数（ここでは６個）だけ
設けられており、それぞれサーボアンプ９４を介して関
節を制御するとともＫ、位置帰還信号を入力している。

９５は手動操作器９６を制御する手動コントローラ、９
７は図示してない力センサあるいは触覚上／すにつなが
るＩ１０コントローラである。

各位置制御用コン）ｃｒ−２９２、手動コント０−ラ９
５、Ｉ１０コントローラ９７は、いずれもローカルコマ
ンド／データバス９３を介して、従属コントローラ部９
１に接続されている。ローカルコマンド／データバス９
３は、延長可能であって。

このバスには、上記以外に、握り制御用等、他の機能を
有するコントローラを接続することができる。

マニピュレータ８の制御は、従属コントローラ部９１が
、主コンピュータｌのロボット言語によって与えられる
命令に従って、内蔵するＲＯＭに格納されているファー
ムウェアを用いて行なう。

動作モードには、ＰＴＰ（Ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　Ｐｏ１ｎ
ｔ　）と、直線・円弧・スプライン曲線で補間するＣ　
Ｐ　（Ｃａｎｔ　ｉ　１ｎｕｏｕｓＰａｔｈ）の２つの
モードがあり、用途に応じて選択できるようになってい
る。

第４図は、第３図における位置制御用コントローラ９２
によって制御されるサーボ系の構成斜視図である。アク
チュエータ８１は、磁気誘導子型の同期モータで、サー
ボアンプ９４からの信号によって駆動され、ロータ８３
に関節を動かすための回転角度出力を得る。ロータ８３
の回転角度は、光学式レゾルバ８４によって検出され、
位置制御用コントローラ９２に帰還されている。光学式
レゾルバ８４は、金属符号板８５に刻まれた例えば１１
２０本のスリットのうちの１本を、アナログスイッチと
、低域フィルタ（ＬｐＦ）　、論理回路からなる自走式
空間フィルタを用いた内挿回路８６で内挿し、１１４６
８８０パルス／回転という高分解能出力を得ている。

第５図は、位置制御用コントローラ９２、アクチュエー
タ８１を含むサーボループのブロックダイアグラムであ
る。このサーボループは、図示するように、位置信号帰
還ループと、速度信号帰還ループと、フィード７オワー
ドルーズとを有する比例（Ｐ）、積分（■）、微分（Ｄ
）形のコントローラである。

ここで、Ｋｏ　、　Ｋ　１　、　Ｋ　２は、いずれもゲ
インパラメータで、最適制御器の設計技術によってこれ
らの値が決められる。

第６図は、視覚センナ１０及びビデオモニタ１１を制御
する視覚制御用従属コンピュータ１２の構成ブロック図
である。図において、１２１は高速システムバス４を介
して主コンビ１−タＩＫ直結する従属コントローラ部で
、そのハードウェア構成ｆ４マニピュレータ８を制御す
る従！ｊ４ニア／ピユータ９内の従属コントローラ部９
１と同様である。

１２２は画像処理コントローラで、視覚センナであるＴ
Ｖ右カメラ０とビデオモニタ１１が接続される。ここで
は４台のＴＶカメラが接続可能であり、その出力はマル
チプレクサ１２４で選択される。このマルチプレクサ１
２４で選択されたＴＶ右カメラ０からの濃淡を示す映像
信号は、２値化された後、ランレングス符号を用いて約
５０〜１００分の１に圧縮され、これに対して物体の特
徴量と位置、向きなどの各種の計算が行われ、物体がｌ
！！識されるとともに、ビデオモニタ１１にこれらの処
理結果が表示される。

従属コントローラ部１２２は、主コンビ、−夕１のロボ
ット言語によって与えられる命令を受けて動作し、上記
のような画像処理を含む視覚制御を行う。従属コントロ
ーラ部１２１と、画像処理コントローラ１２２とは、従
属コントローラ部１２１のバス１２３で結ばれており、
このバス１２３には、例えば濃淡映像や、カラー映像の
保存のための回路手段（図示せず）が、必要に応じて結
合し、拡張が可能となっている。

第７図は、入出力制御用従属コンピュータ１３の構成プ
ロ、り図である。図において、　　１３１は高速システ
ムバス４を介して主コンピュータｌに直結する従属コン
トローラ部、１３２は周辺装置に接続される各入出力に
対して対応するように複数個設けられた入出力用コント
ローラ部で、ローカルコマンド／データバス１３３を介
して従属コントローラ部１３１に接続されている。この
構成は、第３図あるいは第６図に示す各従属コンピュー
タと同様である。各種センナ（図示せず）は、各入出力
用コントローラ部１３２を介して接続され、主コンピュ
ータｌからのロゼ、ト言語による入出力命令に従って、
センナからの信号を入出力コントローラ部１３２に取り
込む。なお、この入出力コントロ−５部１３２　’ｒ’
ｒ、　、マニピュレータ用従属コンピュータ９内のロー
カルバス９３に接続し、力センサや触覚セ／すによるサ
ーボ制御を行うことも可能である。

また、入出力用コントローラ部１３２の中には。

センサ専用の他に、Ｒ８２３２やＧＰ−４Ｂなどの通信
ポート等がある。

第８図は、監視用従属コンピータ１５の要部の構成ブロ
ック図である。この従属コンピュータ１５は、高速シス
テムバス４を介して主コンピュータ１に結合しており、
従属コンビ、−夕１５での処理結果が、グラフィックデ
ィスプレイ１４に表示される。

第９図は、主コンピュータ１と、各従属コンピュータ９
．１２．１３．１５との間の命令のやりとりを示す説明
図であり、第１０図は、命令の構成概念図である。

主コンピュータｌから送出されるすべての命令（コマン
ド）は、第１θ図に示すように、パケットの形でひとか
たまりとなっており、これを対応する従属コンピュータ
に送る。従属コンピュータ側では、この命令を受付ける
と、その命令コードに従りた動作（マニピュレータの軌
道制御や画像処理動作）を、主コンピュータ１とは無関
係に実行し、動作完了後に、完了通知を主コンピュータ
１に返送する。主コンピュータ１は、命令発行後、完了
通知が従属コンピュータ側より返送されるまでの間は、
他の処理を行う。ここで、他の処理とは、別のアームや
視覚の制御、あるいは演算等で、これＫよって、複数の
アーム相互間や視覚センサとの間の協調動作を効藁良く
実行する。

また、主コンピュータｌ上では、リアルタイムオペレー
ティングシステムの上で複数のプログラムが実行できる
ようになっており、それぞれのプログラムを各アームの
制御や視覚制御に割り当てることで、並行動作を行わせ
ることができる。この場合でも、多大な演算はアーム制
御や、視覚制御を担当する従属コンピュータが行うので
、全体のパフォーマンスが下がることはない。また、す
べての作業プログラムは主コンピュータｌの主記憶装置
（図示せず）内に格納されており、プログラム相互間の
通信は、この主コンピュータｌを通じて極めて高速に行
える。また、このプログラムを変更するだけで、システ
ム全体の作業を一度に変更することができ、頻繁な作業
内容の変更に迅速に対応できるよう圧しである。

第３図、第６図、第７図に示す各従属コンビュ−タ９．
１２．１３は、各図のブロックに示す単位でモジュール
化されており、作業内容に応じて必要な機能をもつモジ
ュールがローカルコマンドデータバスに接続され、シス
テムを構築する。各モジュールは、演算機能を有してお
り、局所的な処理は他のモジュールと独立して実行する
もので、モジュールの数によって他のモジュールの負荷
が大きく変化することはない。

第８図に示す監視用従属コンピュータ１５は、高速シス
テムバス４を介しテ、主コンピュータ１かもの動作指令
によって動き、主コンビ、−夕１や、他の従属コンビ、
−夕９．１２．１３の動作状態を監視する。例えば、主
コンピュータ１から、こノ監視用従属コンピュータ１５
に、履歴（トレンド）の監視が指示されると、監視用従
属コンピュータ１５は、高速システムバス４を介して、
主コンビ、−夕１や、従属コンピュータ９．１２．１３
等の動作状態を定期的に監視し、これを自分のメモリ（
図示せず）に保存する。ここで保存されるデータの量は
、メモリ容量によるが、基本的に古いデータは順次捨て
去り、最も新しいものから過去に向かっである一定時間
のものが保存される。

例えば、システムに何んらかの異常が生じ、それが従属
プロセッサで検出されると、第９図に示す手順によ抄、
完了通知時に主コンピュータ１に異常発生が通知される
。その後、主コンピュータ１は、監視用従属コンビ、−
夕１５に対し、監視ル解析を行なうことができる。

また、例えば、主コンピュータｌから監視用従属コンピ
ュータ１５に対し、マニピュレータ制御用コンピュータ
９が制御しているアームの状態のモニタ表示を指示する
と、監視用従属コンピュータ１５は、下位に従属してい
るグラフィックディスプレイ１４または、主；ンピュー
タ１に接続されているＣＲＴ３に、その姿勢等を表示す
る。

第１１図は、グラフィ、タデイスプレイ１４上に出力さ
れたマニピュレータの３次元濃淡像の一例を示す図であ
る。

このような表示によって、マニピュレータ８が離れた場
所に設置されていても、リアルタイムで状態監視を視覚
的に行うことができる。

また、第３図において、従属コントローラ部９１は、各
位置制御用コントローラ９２に対し、関節角度出力を行
わないモードを有しており、このモードで、監視用従属
コンピュータ１５によって従属コントローラ部９１を監
視すれば、実アームを動かすことなく、アームの動作を
ＣＲＴ３あるいはグラフィックディスプレイ１４上でシ
ミュレートすることができる。これは、単にオフライン
でのプログラミングだけでなく、実際のセンナを用いた
現場でのデバッグ等において有効である。

第１２図は、主コンビ、−夕１に塔載されるロボット言
語のソフトウェア構成図であり、表１ｕこのロポ、ト言
語の主要な機能を示す。

このロボット言語は、マニピュレータ・視覚センサ・各
種入出力・上位コンピュータ通信・データベース管理等
、多数の専用命令があり、これらを用いて作業プログラ
ムが作成される。主コンビ表　　１、−夕１内の主メモ’Ｊ　Ｋは、第１２図に示すように
４個のユーザプログラム領域（すＴ１〜ΦＴ４）が用意
されており、マルチプログラミングを可能としている。

マルチプログラミング機能は、複数のマニピュレータや
視覚の協調動作等の並行動作を効率良く実行するのに有
効である。また、全プログラムで共用する共通データ（
Ｗｏｒｌｄ　ｍｏｄｅｌｄａｔａ　）領域や、従属コン
ピュータとの通信を実行する領域（Ｉ／Ｆ　　ｔａｓｋ
　）が用意されている。

また、マ二ビュＶ−夕や視覚（ＴＶ左カメラはそれぞれ
、第１３図に示すように固有の座標系を持っている。従
って、これらを協調して動作させるためＫけ、各座標系
間でのデータ変換が不可欠となる。主コンピュータＩＫ
塔載されているロボ、ト言語は、一つの世界座標系を有
し、この世界座標系に対するマニピュレータや視覚の固
有座標系のオフセットを宣言することＫより、各座標系
間でのデータ変換を自動的に行うようＫしている。

これＫよす全システムにおけるすべてのデータは、この
世界座標系に関するものとして扱われるので、マニピュ
レータ・視覚の固有座標系を意識する必要はなく、ユー
ザーは座標変換から解放される。

また、この世界座標系に対して任意の座標系をユーザー
が定義することができるので、ＣＡＤデータのようにデ
ータ自体が固有の座標原点を持っている場合にも、変換
を行う必要はない。

第１４図は、各座標系相互間の関係を示す図である。

（発明の効果）以上詳しく説明したように、本発明のシステムは、主コ
ンピュータとこれに接続される複数の従属コンビ、−夕
で構成され、主コンピュータは作業プログラムを実行し
、複数の従属コンピュータは、主コンピュータが発行す
る動作単位の命令に従って固有の機能を実行するもので
ある。従って。

本発明によれば、システム構築のフレキシビリティが高
まり、複数のマニピュレータや視覚の並行動作や協調動
作を効率良く行うことができる。また５作業プログラム
とデータを、主コンピュータ内に集約しているので、デ
ータアクセスやグログラム相互間の通信も高速に行なえ
、頻繁な作業内容の変更も迅速に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボットシステムの基本的な構成
プロ、り図、第２図は従属コンピュータのひとつによっ
て制御されるマニピュレータの構成斜視図、第３図はマ
ニピュレータを制御する従属コンピュータの構成ブロッ
ク図、第４図は第３図における位置制御用コントローラ
によって制御されるサーボ系の構成斜視図、第５図はこ
のサーボ系のブロックダイアグラム、第６図は視覚制御
用従属コンピュータの構成プロ、り図、第７図は入出力
制御用従属コンピュータの構成ブロック図、第８図は監
視用従属コンピュータの要部の構成プロ、り図、第９図
は主コンピュータと各従属コンピュータとの命令のやり
とりを示す説明図、第１０図は命令の構成概念図、第１
１図はグラフィ、タデイスプレイ上に出力されたマニピ
ュレータの３次元濃淡偉の一例を示す図、第１２図は主
コンビ、−夕に塔載されるロボット言語のソフトウェア
構成図、第１３図及び第１４図は各座標系間での関係を
示す説明図、第１５図〜第１７図は従来のロボットシス
テムの構成概念図である。１・・・主コンピュータ、４・・・高速システムパス、
８・・・マニビーＶ−タ、９・・・マニピュレータ用従
属コンピュータ、１０・・・視覚センサ、１１・・・ビ
デオモニタ、１２・・・視覚制御用従属コンピュータ、
１３・・・入出力制御用従属コンビ、−タ、１５・・・
監視用従属コンピュータ。代理人　　　弁理士　　小　沢　信　助　　゛）第４図第７囚苑８図元１４図亮１６図児１７囚

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ロボット言語を塔載し、プログラムの作成、実行
、保存機能を持った主コンピュータと、この主コンピュ
ータに高速システムバスを介して接続された少なくとも
マニピュレータ用従属コンピュータと視覚制御用従属コ
ンピュータとで構成され、前記主コンピュータは前記ロ
ボット言語を用いて作成された作業プログラムを実行し
、前記マニピュレータ用従属コンピュータ及び視覚制御
用従属コンピュータは前記主コンピュータが発行する動
作単位の命令に従って、アームの軌道や関節角度の制御
及び視覚センサからの画像処理や認認をそれぞれ実行す
ることを特徴とするロボットシステム。
（２）主コンピュータに塔載されたロボット言語は、一
つの世界座標系を有し、この世界座標系に対するマニピ
ュレータや視覚の固有座標系のオフセットを宣言するこ
とにより、各座標系間でのデータ変換を自動的に行う機
能を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のロボットシステム。
（３）高速システムバスに主コンピュータ、マニピュレ
ータ用従属コンピュータ及び視覚制御用従属コンピュー
タのそれぞれの動作状況を実時間で監視する監視（モニ
タ）用従属コンピュータを接続したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のロボットシステム。