(57)【要約】【課題】  階層的に構成された分散制御システムにおいて、上位モジュールと中位モジュールとの間の通信負荷を増大させることなく、中位モジュールと下位モジュールとの間の通信負荷を軽減することにより通信時間を短くし、もって高速制御を可能とするとともに、通信バス配線を少なくしてロボットや自動化機器内の配線の手間を軽減することができる分散制御システムを提供する。【解決手段】  複数の駆動軸を制御する自動化機器内に機能別に上位から下位までの複数のモジュールを通信バス３５により階層的に結合して構成された分散制御システムであって、前記モジュールのうち階層的にみて最下位のモジュール２３は複数あり、この複数の最下位のモジュール２３は、直接的にその上位に位置するモジュール２１に対し、相互に独立した複数系統の通信バス３５により複数グループに分割して結合されている。また、複数系統の通信バス３５は、自動化機器の機械的構造に合わせて配線されているとよい。【選択図】  図３
2006171960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動軸を制御する自動化機器内に機能別に上位から下位までの複数のモジュールを通信バスにより階層的に結合して構成された分散制御システムであって、
前記モジュールのうち階層的にみて最下位のモジュールは複数あり、この複数の最下位のモジュールは、直接的にその上位に位置するモジュールに対し、相互に独立した複数系統の通信バスにより複数グループに分割して結合されている、ことを特徴とする分散制御システム。
【請求項２】
前記自動化機器はロボットであり、前記モジュールは、上位モジュール、中位モジュール及び下位モジュールからなり、
前記上位モジュールは、ロボット全体を統括管理する統括制御モジュールであり、
前記中位モジュールは、統括制御モジュールからの指令により動作し、ロボットが動作するための各駆動軸に対する制御目標値を生成しこれを下位モジュールに送信する動作制御モジュールであり、
前記下位モジュールは、動作制御モジュールからの駆動軸に対する制御目標値に基づき駆動軸のアクチュエータを制御する軸制御モジュールである、ことを特徴とする請求項１に記載の分散制御システム。
【請求項３】
前記複数系統の通信バスは、自動化機器の機械的構造に合わせて配線されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分散制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動型ロボット、産業用ロボット、ヒューマノイドロボット等の各種ロボット、並びにＦＡ、産業用等の自動化機器におけるロボット及び機器内の制御システムに関し、特に、制御モジュールを機能別に階層的に接続して構成される分散制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットやヒューマノイドロボット等の各種ロボットでは、一般に多数のアクチュエータや各種センサを搭載している。これらアクチュエータやセンサを、ロボット内に配置した１個の制御モジュール（ＣＰＵ等の処理装置を搭載したもの）で集中的に制御する制御システムを集中制御システムと呼ぶ。これに対し、下記非特許文献１及び特許文献１では、ロボット内に機能別に複数の制御モジュールを配置し、これらをＬＡＮ等により結合した分散制御システムを開示している。非特許文献１、特許文献１ともに、分散制御システムによりロボットの複数の駆動軸の制御を行うための構成として、機能別に３種類の制御モジュール（上位モジュール、中位モジュール、下位モジュール）を階層的に接続する方式としている。
【０００３】
図８は、非特許文献１に開示された分散制御システム（これを従来技術１とする。）の基本構成を示すものである。このシステムは、上位コントローラ１０１、中央制御モジュール１０２および各種機能モジュール１０３（モータ制御モジュール、ジャイロ加速度センサモジュール等）で構成されており、上位コントローラ１０１が上位モジュールに、中央制御モジュール１０２が中位モジュールに、各機能モジュール１０３が下位モジュールに相当する。これらのモジュールはＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）で相互に接続されている。ＣＡＮはバス接続が可能な差動シリアル通信方式である。このシステムでは、上位コントローラ１０１は、ロボットの動作コマンド及びパラメータを生成し、中央制御モジュール１０２に送信する。中央制御モジュール１０２は、上位コントローラ１０１から受信した動作コマンド及びパラメータに基づき各機能モジュール１０３に対して目標値指令やデータ送信要求などの指示を行う。機能モジュール１０３は、中央制御モジュールからの指示に応じて動作する。
【０００４】
図９は、特許文献１に開示された分散制御システム（これを従来技術２とする。）の構成を示すものである。このシステムは、ホストコントローラ２０１、通信コントローラ２０２及びモータコントローラ２０３で構成されており、ホストコントローラ２０１が上位モジュールに、通信コントローラ２０２が中位モジュールに、モータコントローラ２０３が下位モジュールに相当する。このシステムにおいても、上位〜下位の各モジュールは上述した従来技術１におけるのと概ね同様に機能する。
【０００５】
従来技術１および従来技術２において、各モジュールの一般的な構成は、上位モジュール及び中位モジュールは１個、下位モジュールはロボットの有する駆動軸の数や必要とされる制御性能に従って複数個から構成される。
【０００６】
なお、分散制御システムに関するその他の先行技術文献としては、下記特許文献２等が開示されている。
【非特許文献１】加藤  雄一郎  、“小型ヒューマノイドロボット向け分散制御システムアーキテクチャの開発”、第２２回日本ロボット学会学術講演会予稿集、ＩＣ３２、２００４年９月
【特許文献１】特開２００４−７８８９５号公報
【特許文献２】特開２０００−７８８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術１では、下位モジュール（各機能モジュール１０３）複数個（実施例では９個）の全てが１つ、つまり１系統の通信バスで中位モジュール（中央制御モジュール１０２）に接続されているため、中位モジュールと下位モジュールとの間の通信負荷が大きくなる。一般にロボットの駆動軸の制御を行うためには、中位モジュールと下位モジュールとの間の通信は、駆動軸の制御目標値とセンサ信号値を一定周期で高速に送受信する必要があり、この部分の通信負荷（通信時間）は、多数の駆動軸をもつロボットの駆動系全体の制御性能を大きく左右する。したがって、かかる制御性能を向上させるためには、この部分の通信負荷をできるだけ小さくし、通信時間を短くすることが必要である。
【０００８】
従来技術２では、中位モジュール（通信コントローラ２０２）と下位モジュール（モータコントローラ２０３）とを内部バスにて結合し、見かけ上、中位モジュールと下位モジュールを一体化している。このため、従来技術１のように中位モジュールと下位モジュールとの間の通信負荷に関する問題を回避することは可能である。つまり、従来技術２では、中位モジュールと下位モジュールとの間の通信負荷を軽減している。しかし、その代わりに、上位モジュール１個に対して、中位モジュール複数個の全てが１つの通信バスで接続されているため、上位モジュールと中位モジュールとの間の通信負荷が大きくなるという問題がある。この部分の通信は、従来技術１に比べると高速な通信は要求されない。しかしながら、従来技術２では、ロボットの全ての駆動軸の情報は上位モジュール２０１が管理することになるため、この部分の通信負荷が大きくなり、ロボットの駆動系全体の制御性能に大きな影響を与えるという問題がある。
【０００９】
また、従来技術１では中位モジュールと下位モジュールが、従来技術２では上位モジュールと中位モジュールが、いずれも１系統の通信バスで接続される構成であるため、通信バスの折り返しが避けられない。このため、通信バス配線が多くなり、ロボット内の配線スペース及び配線の手間が増大するという問題がある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑み、階層的に構成された分散制御システムにおいて、上位モジュールと中位モジュールとの間の通信負荷を増大させることなく、中位モジュールと下位モジュールとの間の通信負荷を軽減することにより通信時間を短くし、もって高速制御を可能とするとともに、通信バス配線を少なくしてロボットや自動化機器内の配線の手間を軽減することができる分散制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の分散制御システムは、複数の駆動軸を制御する自動化機器内に機能別に上位から下位までの複数のモジュールを通信バスにより階層的に結合して構成された分散制御システムであって、前記モジュールのうち階層的にみて最下位のモジュールは複数あり、この複数の最下位のモジュールは、直接的にその上位に位置するモジュールに対し、相互に独立した複数系統の通信バスにより複数グループに分割して結合されている、ことを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
また、上記本発明において、前記自動化機器はロボットであり、前記モジュールは、上位モジュール、中位モジュール及び下位モジュールからなり、前記上位モジュールは、ロボット全体を統括管理する統括制御モジュールであり、前記中位モジュールは、統括制御モジュールからの指令により動作し、ロボットが動作するための各駆動軸に対する制御目標値を生成しこれを下位モジュールに送信する動作制御モジュールであり、前記下位モジュールは、動作制御モジュールからの駆動軸に対する制御目標値に基づき駆動軸のアクチュエータを制御する軸制御モジュールである（請求項２）。
【００１３】
また、上記本発明において、前記複数系統の通信バスは、自動化機器の機械的構造に合わせて配線されていることが好ましい（請求項３）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、階層的に構成された分散制御システムにおいて、最下位のモジュールが、直接的にその上位に位置するモジュールに対し、相互に独立した複数系統の通信バスにより複数グループに分割して結合されているので、これらの間の通信バスが１系統である従来の構成と比べて、この部分の通信負荷が軽減される。例えば、ロボットでいえば、ロボット内のシステムが、上位モジュールとしての統括制御モジュールと、中位モジュールとしての動作制御モジュールと、下位モジュールとしての軸制御モジュールとで構成される場合には、動作制御モジュールと軸制御モジュールとの間の通信負荷が軽減されるのである。このため、通信時間の短縮化を図ることができるから、自動化機器の駆動系全体の制御周期を短くすることができる。そしてこれにより、多数の駆動軸から構成されるロボットその他の自動化機器に欠かせない、より高度な制御演算を行うことができるのである。
【００１５】
また、ロボットその他の自動化機器の機械的構造に合わせて複数系統の通信バスを配線することにより、通信バスが１系統の構成に比べて、通信バス配線が少なくなり、機器内の配線スペース及び配線の手間の削減や、配線の軽量化を図ることができるのである。
【００１６】
つまり、本発明によれば、階層的に構成された分散制御システムにおいて、上位モジュールと中位モジュールとの間の通信負荷を増大させることなく、中位モジュールと下位モジュールとの間の通信負荷を軽減することにより通信時間を短くし、もって高速制御を可能とするとともに、通信バス配線を少なくしてロボットその他の自動化機器内の配線の手間を軽減することができるという優れた効果が得られるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
将来の一般社会の様々な分野でのロボット適用に向けて、 近年、ロボットの研究開発が活発に行われている。このような流れを受けて、ロボットを適用するアプリケーションは様々であってもロボットシステムのアーキテクチャのオープン化や分散制御システムの導入によってロボットシステムの標準化、開発効率化、機能拡張性、保守性の向上を図る試みもいくつか提案されている。そこで、上記のようなロボットシステムの研究動向を踏まえ、本実施形態では、移動型ロボットを対象としてロボット内に分散制御システムを構成した。
【００１９】
図１は、ロボットシステムの概要を示すものである。この図に示すように、ロボット内の制御システムは、統括制御モジュール１０と、その下位に位置する２つのサブシステム２０、３０に分離されて構成されている。統括制御モジュール１０は、ロボット全体を制御・管理し、外部の操作機器（ハンディコントローラ、ホストＰＣ４０等）を通じてユーザへロボット機能の提供を行う統括制御機能をもつ。各サブシステム２０、３０は、統括制御モジュール１０の支配下で動作するもので、ロボットが実現するアプリケーションとなる機能ごとに分離してモジュール化したものである。この例では、各サブシステムは、移動制御サブシステム２０およびカメラ軸制御サブシステム３０である。
【００２０】
統括制御モジュール１０とサブシステム２０、３０は、１本（１系統）の通信バス３５で結合され、機内ＬＡＮが構築されている。ロボットの機能拡張を行う場合は、統括制御モジュール１０の下に下位モジュールを追加すればよい。機内ＬＡＮには、自動車、産業用として信頼性の高いＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を採用している。ＣＡＮは最大１Ｍｂｐｓの通信速度をもつシリアル通信方式である。またロボットと外部システムとのインタフェースには、他の操作機器やロボットシステムとの接続性、互換性を考慮し、(社)日本ロボット工業会によって推進されているＯＲｉＮ（Ｏｐｅｎ  Ｒｏｂｏｔ／ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ)を用いる。
【００２１】
図２は、本発明の分散制御システムを適用した３脚車輪型ロボットを模式的に示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。この３脚車輪型ロボット５０（以下、単に「ロボット」という。）は、胴体部５１と、カメラ搭載部５６と、胴体部５１の中央下部から路面に延びた中央脚５２と、胴体部５１の両側から路面に延びた右脚５３および左脚５４を備えて構成されている。この３本の脚は胴体部５１に対してスライドすることにより伸縮可能に構成されており、左右の脚５３、５４は股関節５７をもち中央脚５２を基準にそれぞれ回転可能に構成されている。また、中央脚５２の先端には、回転駆動される車輪付き足首５５を２つ備え、左右の脚にはこの車輪付き足首５５をそれぞれ１つずつ備えている。このため、このロボット５０は、３本の脚をそれぞれスライドさせるための駆動軸を３つ、左右の脚をそれぞれ回転させるための駆動軸を２つ、車輪付き足首５５を駆動させるための駆動軸を４つ備え、合計９軸の駆動軸を有している。
【００２２】
このロボット５０は上述のように構成されているため、脚歩行と車輪走行の２つの移動形態を持っている。すなわち、左右の脚５３、５４の伸縮及び回転動作と、中央脚５２の伸縮動作により脚歩行を行うことができ、中央脚５２及び左右の脚５３、５４の車輪を回転駆動させることにより車輪走行を行うことができるのである。
【００２３】
図３は、図２に示したロボットのシステム構成の概要を示すものである。ロボット内は、ロボット全体を統括管理する統括制御モジュール１０と、ロボットの動作を制御する移動制御サブシステム２０、及び監視用カメラの駆動軸を制御するカメラ軸制御サブステム３０から構成され、これらは上述したＣＡＮ規格による通信バス３５（以下、「ＣＡＮバス」ということがある。）によって結合されている。カメラ軸制御サブシステム３０は、カメラ軸制御モジュール３１を有する。本実施形態において統括制御モジュール１０は、上位モジュールとして機能する。統括制御モジュール１０は、少なくとも、マイクロプロセッサと、必要なアプリケーションプログラムが格納されたメモリを備え、さらに、ＣＡＮ接続を可能にするＣＡＮインターフェースポート１１が搭載されたＣＰＵ基板である。なお、このロボットでは、統括制御モジュール１０の下には、移動制御サブシステム２０とカメラ軸制御サブシステム３０の２つのサブシステムのみを持つ構成としたが、ロボットに要求される機能に応じてその他のサブシステムを持つ構成としてもよい。
【００２４】
移動制御サブシステム２０は、移動制御モジュール２１と、複数の軸制御モジュールとから構成されている。本実施形態において移動制御モジュール２１は中位モジュールとして機能し、軸制御モジュール２３は下位モジュールとして機能する。つまり、本実施形態による分散制御システムは、上位モジュール、中位モジュールおよび下位モジュールの３階層で構成された分散制御システムである。このような分散化により、通信バスの省配線化と、機能分散が図られる。軸制御モジュール２３は駆動軸ごとに配置されているため、各脚合計で９つの駆動軸を有する本ロボットでは、９つの軸制御モジュールを有する。また、移動制御モジュール２１と各軸制御モジュール２３は、上位系と同様にＣＡＮバス３５で結合されている。
【００２５】
移動制御モジュール２１は、少なくとも、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）と、必要なアプリケーションプログラムが格納されたメモリを備え、さらに、ＣＡＮ接続を可能にするＣＡＮインターフェースポート２２が複数搭載されたＣＰＵ基板である。また、ＣＡＮインターフェースポート２２は、データの入出力時にマイクロプロセッサからのデータを一時蓄積するバッファメモリを後述する複数系統の通信バスの数に合わせて備えている。
【００２６】
また、図３に示すように、移動制御モジュール２１と各軸制御モジュール２３は、３系統のＣＡＮバス３５（ＣＡＮ１、ＣＡＮ２、ＣＡＮ３）で結合されており、これら３系統のＣＡＮバス３５は相互に独立している。この例では、ＣＡＮ１は中央脚系の通信バスであり、ＣＡＮ２は右脚系の通信バスであり、ＣＡＮ３は左脚系の通信バスである。つまり、下位モジュールである軸制御モジュール２３が、直接的にその上位に位置する中位モジュールである移動制御モジュール２１に対し、相互に独立した複数系統の通信バス３５により複数グループに分割して結合されているのである。各駆動軸を制御する軸制御モジュール２３は、各軸のモータ指令用及び各種センサ用Ｉ／Ｏポートを備え、マイクロプロセッサを搭載した小型基板である。またこの図で、符号２５は駆動軸のアクチュエータ（モータ）、符号２６はモータアンプ、符号２７はエンコーダである。なお、この例では、移動制御モジュール２１（中位モジュール）と軸制御モジュール２３（下位モジュール）との間の通信バスは３系統としたが、２系統あるいは、メモリやパケット通信上の制約の範囲内で４系統以上の通信バス構成としてもよい。
【００２７】
図４は、移動制御モジュール２１の内部構成の概要を示す図である。ＣＡＮの場合、一般的には、１チャネルにつき、ＣＡＮコントローラ２８とＣＡＮトランシーバ２９が１個ずつセットで用いられる。ＣＡＮコントローラ２８は、自らが管理するチャネルの通信を制御する機能を有する。具体的には、ＣＡＮのＭＰＵ２４から送信用として送られたデータをＣＡＮのメッセージ仕様に変換しＣＡＮトランシー２９バに送る。受信の場合はその逆を行う。ＣＡＮトランシーバ２９は、ＣＡＮコントローラ２８とＣＡＮバスとの間で物理的な電気信号の変換を行う機能を有する。
【００２８】
ＣＡＮコントローラ２８とＭＰＵ２４との間は、一般的にはＭＰＵ２４の拡張バス３８で接続される。拡張バス３８はパラレル通信が用いられることが多く、ＣＡＮのような産業用分散ネットワークで用いられるシリアル通信より高速な通信を行うことができる。一般的な拡張バスの速度は、８〜１３３ＭＢｙｔｅ／ｓｅｃ（６４Ｍ〜約１Ｇｂｐｓ）であるのに対し、ＣＡＮの通信速度は最大１Ｍｂｐｓであるため、拡張バス間はＣＡＮ通信に比べ、数十〜千倍程度の速度で通信を行うことができる。
【００２９】
拡張バスに接続できるＣＡＮコントローラの数は、ＣＡＮコントローラ等の拡張機器のために解放されている拡張バスのＩ／Ｏアドレスまたはメモリアドレスに対して、１個のＣＡＮコントローラが占有するＩ／Ｏアドレスまたはメモリアドレスで求まる。一例として、解放されているＩ／Ｏアドレスが６４ｂｙｔｅで、１個のＣＡＮコントローラが占有するＩ／Ｏアドレスが４ｂｙｔｅの場合、接続できるＣＡＮコントローラの数は最大で６４÷４＝１６個となる。
【００３０】
このように、本発明の分散制御システムでは、移動制御モジュール２１と、各軸制御モジュール２３とを相互に独立した複数系統の通信バス３５で結合する構成としているため、通信バスを１本（１系統）で構成する場合に比べて、この部分の通信負荷を軽減し、通信時間を短縮することができる。つまり、通信バスが１系統である場合には、軸制御モジュール２３に１メッセージ分のデータを伝送し終わるまで、次のメッセージを伝送することができないが、通信バスが複数系統である場合には、それぞれの通信バスごとに順次データの伝送が行われるため、移動制御モジュール２１と各軸制御モジュール２３との間の通信負荷を軽減することができる。このため、ロボットの駆動系全体の制御周期を短くすることができ、多数の駆動軸から構成されるロボットその他の自動化機器に欠かせない、より高度な制御演算を行うことができるのである。
【００３１】
また、図３において、ホストＰＣ４０やハンディコントローラ４１はロボットの遠隔操作・監視に用いるためのもので、ロボット内の統括制御モジュール１０と通信し動作コマンド送信とロボット状態の受信を行う。統括制御モジュール１０とホストＰＣ４０間のインタフェースには、他のコントローラやロボットとの将来的な接続を容易にするため、ＯＲｉＮを採用する。
【００３２】
図５は、図３に示した分散制御システムを図２のロボットの機械的構造に合わせて適用した場合のイメージ図である。この図５において、図２及び図３におけるのと同一部分には同一符号を付している。図５に示すように、中央脚と左右の脚の合計３本の脚を備えているというロボットの機械的構造を考慮して各脚にそれぞれ１系統のＣＡＮバス３５を配置し、合計３系統のＣＡＮバスで構成している。このようにロボットその他の自動化機器の機械的構造に合わせて通信バスを複数配置することにより、通信バスを１本で構成する場合に比べて、通信バス配線が少なくなり、機器内の配線スペース及び配線の手間の削減や、配線の軽量化を図ることができる。
【００３３】
このように構成された分散制御システムでは、次のような分散制御が行われる。
【００３４】
構成機器間の機能分担については、まずホストＰＣ４０、ハンディコントローラ４１はロボットの操作端末としてロボットに操作コマンドを送信する機能及びロボットの状態情報を受信する機能のみを有し、ロボットを動作させるための機能は全てロボット側に実装されている。
【００３５】
ロボット内の統括制御モジュール１０は、ホストＰＣ４０又はハンディコントローラ４１からの操作コマンドを受け、ロボットの現在状態に応じてＣＡＮバス３５に接続された移動制御モジュール２１等の下位のモジュールに対し各種動作指令を送信する。また下位モジュールから受信した各種状態情報を集約・管理し、システム状態情報としてホストＰＣ４０又はハンディコントローラ４１へ送信する。
【００３６】
移動制御モジュール２１は、上位の統括制御モジュール１０から受信した移動動作指令に従って走行、歩行の全軸の軌道演算及び安定化制御を行い、各軸の目標軌道（制御目標値）を下位の軸制御モジュール２３に対して定周期（例えば２［ｍｓ］）で出力する。軸制御モジュールは移動制御モジュールから与えられた目標軌道に従って自らが担当する１軸のモータ制御を行う。
【００３７】
なお、この例では、１つの軸制御モジュールが担当する軸数は１としたが、要求される制御演算速度やマイクロプロセッサの性能、及び軸制御モジュールに搭載されるＩ／Ｏポート数に応じて、担当する軸数を複数とすることも可能である。
【実施例】
【００３８】
移動制御系内のＣＡＮ通信トラフィックによる目標制御周期への影響について検討を行った。移動制御モジュール２１と軸制御モジュール２３間での通信内容前提条件を図６に示す。バストラフィックを減少させるため、ＣＡＮのメッセージデータフィールドが最大８［ｂｙｔｅ］である制約を考慮し、移動制御モジュールから軸制御モジュールへは、１メッセージあたり軸制御モジュール３ノード分の制御指令を格納した。また、ＣＡＮ通信ボーレートは１［Ｍｂｐｓ］とした。
【００３９】
図７に示すように、従来のように１本の通信バス３５にすべての軸制御モジュール２３を接続した場合（合計９ノード）、データ通信時間と送受信処理時間を合わせた通信応答時間は、１．６７［ｍｓ］という試算結果となった。しかし、これは理論上の最小通信応答時間であり、制御演算時間を考慮すると、目標制御周期２［ｍｓ］を達成することは困難である。
【００４０】
そこで、３脚車輪型ロボットの３脚という機械的構造を生かし、図５に示したように各脚にそれぞれ通信バス３５を１系統ずつ振り分け、合計３系統の通信バスにより構成した場合を検討した。すると、通信応答時間は１つのバスあたり０．６２［ｍｓ］という試算結果が得られた。このため、制御演算時間を考慮しても、目標制御周期２［ｍｓ］以下の実現可能性は十分に認められる。以上より、移動制御モジュールの制御演算を目標制御周期で行うことにより、軸制御モジュールからの通信データは常に更新された値を用いることが可能となると考えられる。
【００４１】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、階層的に構成された分散制御システムにおいて、最下位のモジュールが、直接的にその上位に位置するモジュールに対し、相互に独立した複数系統の通信バスにより複数グループに分割して結合されているので、これらの間の通信バスが１系統である従来の構成と比べて、この部分の通信負荷が軽減される。このため、通信時間の短縮化を図ることができるから、自動化機器の駆動系全体の制御周期を短くすることができる。そしてこれにより、多数の駆動軸から構成されるロボットその他の自動化機器に欠かせない、より高度な制御演算を行うことができるのである。また、ロボットその他の自動化機器の機械的構造に合わせて複数系統の通信バスを配線することにより、通信バスが１系統の構成に比べて、通信バス配線が少なくなり、機器内の配線スペース及び配線の手間の削減や、配線の軽量化を図ることができるのである。
【００４２】
つまり、本発明によれば、階層的に構成された分散制御システムにおいて、上位モジュールと中位モジュールとの間の通信負荷を増大させることなく、中位モジュールと下位モジュールとの間の通信負荷を軽減することにより通信時間を短くし、もって高速制御を可能とするとともに、通信バス配線を少なくしてロボットや自動化機器内の配線の手間を軽減することができるという優れた効果が得られるのである。
【００４３】
なお、上述した実施形態において、移動制御モジュール２１は、特許請求の範囲でいう動作制御モジュールに相当する。すなわち、動作制御モジュールには、移動以外の動作に関する制御（例えば、アーム制御）を行う機能をもつものも含まれる。また、上述した実施形態および実施例では本発明の分散制御システムを移動型ロボットに適用した例について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、産業用ロボット、ヒューマノイドロボット等の各種ロボットその他の自動化機器に適用することが可能である。
【００４４】
さらに、その他の部分に関しても、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の分散制御システムを適用したロボットシステムの概要を示す図である。
【図２】本発明の分散制御システムを適用した３脚車輪型ロボットの概要を示す図である。
【図３】図２のロボットのシステム構成の概要を示す図である。
【図４】移動制御モジュールの内部構成の概要を示す図である。
【図５】図３に示した分散制御システムを図２のロボットの機械的構成に合わせて適用した場合のイメージ図である。
【図６】本発明の実施例における移動制御モジュールと軸制御モジュール間での通信内容前提条件を示す図である。
【図７】軸制御モジュールの全部を１系統の通信バスで結合した場合を示す模式図である。
【図８】非特許文献１に記載された従来技術を示す図である。
【図９】特許文献１に記載された従来技術を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  統括制御モジュール
２０  移動制御サブシステム
２１  移動制御モジュール
２２  ＣＡＮインターフェースポート
２３  軸制御モジュール
２４  ＭＰＵ
２５  アクチュエータ（モータ）
２６  モータアンプ
２７  エンコーダ
２８  ＣＡＮコントローラ
２９  ＣＡＮトランシーバ
３０  カメラ軸制御システム
３１  カメラ軸制御モジュール
３５  通信バス（ＣＡＮバス）
３８  拡張バス
４０  ホストＰＣ
４１  ハンディコントローラ
５０  ３脚車輪型ロボット
５１  胴体部
５２  中央脚
５３  右脚
５４  左脚
５５  車輪付き足首
５６  カメラ搭載部
５７  股関節
【図１】
2006171960.tif 000003
【図２】
2006171960.tif 000004
【図３】
2006171960.tif 000005
【図４】
2006171960.tif 000006
【図５】
2006171960.tif 000007
【図６】
2006171960.tif 000008
【図７】
2006171960.tif 000009
【図８】
2006171960.tif 000010
【図９】
2006171960.tif 000011