(57)【要約】【課題】ロボット等の各動作部における動作制御を円滑に行い、かつ電気配線の数を省数化することが可能な省電線通信方式を提供することを課題とする。【解決手段】省電線通信方式１は、上肢部６、下肢部７、及び頭部８がそれぞれ胴部９に対して取着され、各関節が可動するように形成されたロボット２に対して適用され、ロボット２は、内部に収容された第一制御ユニット３と、アクチュエータ・センサ等に接続した第二制御ユニット４と、第一制御ユニット３及び第二制御ユニット４を一対の電気配線Ｌ１，Ｌ２によって主に構成されたツインケーブル部５とを具備して構成されている。ここで、ここで、ツインケーブル部５の間では、制御信号等の各種の信号がスペクトラム拡散変調方式に基づいて変調されたスペクトラム拡散信号が、動力電源部等から送出される各種電源に重畳して送出されている。【選択図】        図１
2004297564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号を送出可能な第一制御ユニットと、
前記第一制御ユニットから送出された前記制御信号を受付け、動作部に配されたアクチュエータの可動を制御するとともに、前記アクチュエータの状態量及び前記動作部の周囲環境の状態を検知するセンサからのセンサ信号を、前記第一制御ユニットに対して送出可能な第二制御ユニットと、
前記第一制御ユニット及び前記第二制御ユニットを電気的に接続し、前記アクチュエータを可動させるための電源を供給可能なケーブル部とを具備するロボットを含む制御対象機器に対して適用され、
前記ケーブル部は、一対の電気配線を含んで構成され、前記制御信号及び前記センサ信号の少なくともいずれか一方を含んでなる通信信号を、前記電源に重畳して送出することを特徴とする省電線通信方式。
【請求項２】
前記通信信号は、
スペクトラム拡散変調方式により変調されたスペクトラム拡散変調信号として前記電源に重畳して前記ケーブル部を介して送出され、
前記第一制御ユニットは、
前記第二制御ユニットに対して送出する前記制御信号を含む前記通信信号を、前記スペクトラム拡散変調方式に基づいて変調処理する第一変調手段、及び前記第二制御ユニットから受付けた前記スペクトラム拡散変調信号を解読し、復元処理する第一復元手段を有するマスタ部をさらに具備し、
前記第二制御ユニットは、
前記第一制御ユニットに対して送出する前記センサ信号を含む前記通信信号を、前記スペクトラム拡散変調方式に基づいて変調処理する第二変調手段、及び前記第一制御ユニットから受付けた前記スペクトラム拡散変調信号を解読し、復元処理する第二復元手段を有するスレーブ部をさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の省電線通信方式。
【請求項３】
前記ケーブル部は、
少なくとも二つ以上の前記第二制御ユニットが並列して接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の省電線通信方式。
【請求項４】
前記第一制御ユニットは、
少なくとも二つ以上の前記マスタ部を含んで構成され、
それぞれの前記マスタ部に対して前記ケーブル部が接続されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の省電線通信方式。
【請求項５】
前記電源は、
前記アクチュエータを可動させる動力電源及び前記第二制御ユニットに供給され、前記動力電源に対して低電圧に設定される制御電源を少なくとも含んで構成され、
前記第一制御ユニット及び前記第二制御ユニットの少なくともいずれか一方は、前記制御対象機器に異常が発生した際に、前記動力電源の供給を選択的に遮断する遮断手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の省電線通信方式。
【請求項６】
前記第一制御ユニットは、
バウンダリスキャンにより前記制御対象機器の状態を診断可能な異常診断部をさらに有し、
前記通信信号は、
前記バウンダリスキャンを行うための異常診断信号をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の省電線通信方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、省電線通信方式に関するものであり、特に、ロボットの腕などの各動作部の動作を制御するための制御信号、及びセンサ信号などを含む通信信号を、動力電源などに重畳し、電気配線数を省数化することが可能な省電線通信方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ロボットなどの制御対象機器の動作を制御する場合に採用される制御信号等の通信方式は、各動作部に配されたアクチュエータを制御するために制御ユニットからアクチュエータに接続される制御信号伝達用の制御信号用配線、アクチュエータの状態量、各部の周囲の環境を把握可能なセンサによって計測されるセンサの計測情報（センサ信号）を制御ユニットに対して送出するためのセンサ信号用配線、動力電源部からアクチュエータの可動のために供給される電源用の動力電源線、及び制御ユニットの制御用電源のための制御用電源線が各ユニット間及び動作部に対して個々に配置されている。
【０００３】
以上の従来技術は、当業者において当然として行われているものであり、出願人は、この従来技術が記載された文献等を本願出願時において特に知見していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ロボット等に使用されるアクチュエータ、センサ、及びモータなどの各種機構の数に比例して、制御ユニットと個々に接続される多数の電気配線が必要であった。その結果、ロボットを構築し、腕などの各部位を予めプログラムされた指示通りに可動させようとする場合、制御のために必要な電気配線の数は、ロボットの可動節の数に応じて膨大なものとなり、ロボットの構成が複雑化し、さらに可動節の制御が困難となる場合があった。さらには、ロボットの各部の動作範囲が、接続された電気配線の長さによって制限されることもあった。
【０００５】
具体的に説明すると、例えば、人体の手指の動きを再現可能に形成したロボットハンドの場合、各手指の関節に相当する可動節を各々独立して動かすためには、それぞれ可動節に対してモータが個々に配され、各モータが上述の制御ユニットとそれぞれ電気的に接続されて形成されていた。さらに、係る手指の部位は、モータやアクチュエータの作動状態（状態量に相当）を検出したり、各可動節の節角度を検出するためのポテンショメータ、エンコーダ、及び種々のセンサなど計測機器が設置されていることが多く、係る計測機器によって計測された情報に基づいて、ロボットハンドの動作をフィードバック制御するためのセンサ信号やフィードバック信号用の電気配線が、個々に接続されていた。その結果、ロボットハンドに、人間の手指の自然で滑らかな、且つ複雑な動きを再現させようとする場合、各アクチュエータ及びモータ等に接続する制御用、センサ用、電源用の電気配線の数が必然的に増大し、片手のロボットハンドだけでも１００本以上の電気配線が必要となることがあった。
【０００６】
また、近年における技術開発の進歩により、ロボット等の制御対象機器を構成するアクチュエータ、センサ、モータ、及びエンコーダなどの各要素は、求められる性能を維持した上で、小型化が進められていた。ところが、上述の電気配線の数の増大が、制御対象機器に対する電気配線の占める割合が高くなり、ロボット等の小型化及び軽量化を阻害する要因ともなっていた。
【０００７】
そのため、ロボット等の制御対象機器の小型化を可能とするためにも、電気配線の数を少なくした通信方式の開発が期待されていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上記実情に鑑み、ロボット等の制御対象機器の各動作部における動作制御を円滑に行い、かつ制御ユニット及び動作部間に接続される電気配線の数を省数化することが可能なツインケーブルを採用した省電線通信方式の提供を課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる省電線通信方式は、「制御信号を送出可能な第一制御ユニットと、前記第一制御ユニットから送出された前記制御信号を受付け、動作部に配されたアクチュエータの可動を制御するとともに、前記アクチュエータの状態量及び前記動作部の周囲環境の状態を検知するセンサからのセンサ信号を、前記第一制御ユニットに対して送出可能な第二制御ユニットと、前記第一制御ユニット及び前記第二制御ユニットを電気的に接続し、前記アクチュエータを可動させるための電源を供給可能なケーブル部とを具備するロボットを含む制御対象機器に対して適用され、前記ケーブル部は、一対の電気配線を含んで構成され、前記制御信号及び前記センサ信号の少なくともいずれか一方を含んでなる通信信号を、前記電源に重畳して送出する」ことを主な特徴とするものである。
【００１０】
したがって、本発明の省電線通信方式によれば、ロボットなどの制御対象機器の各動作部の動きを制御するための第一制御ユニット（一般に「動作制御ユニット」等として呼称されることもある）と、動作部に接続されたアクチュエータやセンサなどを個々に制御する第二制御ユニット（「アクチュエータ制御ユニット」，「センサ制御ユニット」などと呼称されることもある）とが、ケーブル部によって電気的に接続されている。係るケーブル部は、動作部に取付けられたアクチュエータ等の作動機器やユニット制御の電源を第一制御ユニットから第二制御ユニットに対して送出する一対の電気配線から構成されている。
【００１１】
このとき、ケーブル部に送出される電源に、第一制御ユニット及び第二制御ユニットの間で互いに送受される種々の制御信号やセンサ信号を含んでなる通信信号が重畳されている。
【００１２】
そして、電源に重畳させた通信信号が第一制御ユニットから第二制御ユニットに対して送出される。これにより、第二制御ユニットに接続された各々のアクチュエータの可動が制御され、動作部に動きを与えられる。一方、第二制御ユニットからは各動作部に配された種々のセンサが検出したセンサ信号が、ケーブル部を介して第一制御ユニットに対して送出される。そのため、従来は各々の動作部（アクチュエータ・センサを含む）と個々に接続されていた電源用、制御用、センサ信号用の種々の電気配線を一本に集約し、必要な電源及び各種信号の送出が可能となる。その結果、ロボット等の制御対象機器に使用される電気配線の数を著しく減少させた、「省数化」が図られることとなり、電気配線の数の増大に伴う多くの不具合を解決することができる。
【００１３】
本発明にかかる省電線通信方式は、上記構成に加え、「前記通信信号は、スペクトラム拡散変調方式により変調されたスペクトラム拡散変調信号として前記電源に重畳して前記ケーブル部を介して送出され、前記第一制御ユニットは、前記第二制御ユニットに対して送出する前記制御信号を含む前記通信信号を、前記スペクトラム拡散変調方式に基づいて変調処理する第一変調手段、及び前記第二制御ユニットから受付けた前記スペクトラム拡散変調信号を解読し、復元処理する第一復元手段を有するマスタ部をさらに具備し、前記第二制御ユニットは、前記第一制御ユニットに対して送出する前記センサ信号を含む前記通信信号を、前記スペクトラム拡散変調方式に基づいて変調処理する第二変調手段、及び前記第一制御ユニットから受付けた前記スペクトラム拡散変調信号を解読し、復元処理する第二復元手段を有するスレーブ部」をさらに具備する構成であっても構わない。
【００１４】
ここで、スペクトラム拡散変調方式（ＳＳ方式）とは、送信するデータ（情報）の冗長度を大幅に増大させ、周波数帯域を広帯域化（約数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚの幅）することによって周波数資源を有効に活用可能にするためのものである。このとき、各周波数別の信号エネルギーの強度の分布状態を示すスペクトラムの密度は、非常に薄いものとなる。その結果、同一周波数帯域に他の信号が混在（存在）している場合でも、係る別の信号の影響をほとんど受けないで信号のやりとり（送受）を行うことが可能となる（但し、送信時におけるエラー訂正コードによるデータの修正等が同時に行われる）。そのため、該スペクトル拡散変調方式は、１）同一帯域上で多くの通信を並行して行える、２）他局（他の通信）に対する影響が少ない、３）ノイズ等の影響を受けない、４）信号のトレース及び検出が困難であり、秘匿性が高いなどの優れた利点を挙げることができる。なお、スペクトラム拡散変調方式は、ａ）直接拡散方式と、ｂ）周波数ホッピング方式との二つの主な方式に分類されることが多い。
【００１５】
したがって、本発明の省電線通信方式によれば、第一制御ユニット及び第二制御ユニット間を送受する通信信号は、スペクトラム拡散変調方式によって変調及び復元処理されるスペクトル拡散変調信号としてケーブル部を流通する電源に重畳して送出される。このため、第一制御ユニット及び第二制御ユニットには、それぞれスペクトラム拡散変調信号の処理に必要な変調及び復元機能を有するマスタ部及びスレーブ部がそれぞれ設けられている。これにより、上述した同一周波数帯域内での混在や送信エラー等の発生を抑え、複数種類の通信信号及び電源を広い周波数帯域に拡散した状態でまとめて送ることが可能となる。これにより、制御信号等を精度良く送出することが可能となり、ロボット等の制御対象対象機器の各動作部の動作制御が安定して行えるようになる。
【００１６】
本発明にかかる省電線通信方式は、上記構成に加え、「前記ケーブル部は、少なくとも二つ以上の前記第二制御ユニットが並列して接続されている」ものであってもよい。
【００１７】
したがって、本発明の省電線通信方式によれば、一本のケーブル部に対して複数の第二制御ユニットが並列して接続されている。ここで、ケーブル部には電源に、制御信号等を含む通信信号として重畳させることが可能となるため、係る通信信号の中には、制御対象機器の各動作部をそれぞれ制御する複数の制御信号等を混在させることが可能となる。これにより、一本のケーブル部を利用して、複数の動作部のアクチュエータによる動き、或いはセンサによる検出を制御することが可能となる。その結果、第一制御ユニットに接続されるケーブル部の数がさらに省数化させられる。
【００１８】
本発明の省電線通信方式は、上記構成に加え、「前記第一制御ユニットは、少なくとも二つ以上の前記マスタ部を含んで構成され、それぞれの前記マスタ部に対して前記ケーブル部が接続されている」ものであってもよい。
【００１９】
したがって、本発明の省電線通信方式によれば、第一制御ユニットが複数のマスタ部を有し、各々に対してケーブル部が接続されている。これにより、それぞれのケーブル部に接続した第二制御ユニットを、一つの第一制御ユニットによって制御することが可能となり、制御対象機器の動作部の制御がより簡便となる。
【００２０】
本発明の省電線通信方式は、上記構成に加え、「前記電源は、前記アクチュエータを可動させる動力電源及び前記第二制御ユニットに供給され、前記動力電源に対して低電圧に設定される制御電源を少なくとも含んで構成され、  前記第一制御ユニット及び前記第二制御ユニットの少なくともいずれか一方は、前記制御対象機器に異常が発生した際に、前記動力電源の供給を選択的に遮断する遮断手段」をさらに具備するものであってもよい。
【００２１】
したがって、本発明の省電線通信方式によれば、通信信号が重畳される電源には、動力電源と、低電圧に設定された制御電源との少なくとも二種類が混在して形成されている。ここで、アクチュエータ等の可動機構を有する機器に対しては、多くのパワーを必要とするため高電圧の電源が必要となり、演算処理等の制御にかかる制御機器に対しては、前述のアクチュエータ等を可動させるよりも比較的低電圧の電源が利用されることが一般的である。そこで、高電圧及び低電圧の少なくとも二つの電圧値を有する電源をケーブル部に混在して送出することにより、第二制御ユニットに接続された各々のアクチュエータを動作させ、かつ第二制御ユニットの制御のための電源を各々独立して供給することが可能となる。
【００２２】
ここで、混在される電源の数は、二種類以上であってもよく、例えば、”高電圧・中電圧・低電圧”のように三種類の電圧値をそれぞれ含むものであっても構わない。なお、複数の電圧値を有する電源を供給する場合は、第一制御ユニット及び第二制御ユニットのそれぞれにおいて、電圧値の高低に基づくフィルター処理を行い、アクチュエータの可動用及び制御ユニットの制御用に電源を分離する電源フィルタを備える必要がある。
【００２３】
さらに、第一制御ユニット及び第二制御ユニットの少なくともいずれか一方に設けられた遮断手段によって、万が一、制御対象機器に異常が発生した場合でも、異常によって暴走する可能性のあるアクチュエータを動かすための動力電源を選択的にカット（停止）し、第二制御ユニットに供給される制御電源を残存した状態にさせられる。これにより、異常発生時の安全性を高められる。また、係る状態では、第二制御ユニットへの制御電源の供給が継続しているため、第二制御ユニットによってセンサ等は作動状態にある。そのため、センサによって計測されたセンサ信号を、第一制御ユニットは受付けることが可能であり、異常発生時の迅速な対応及び復旧処理、異常の発生原因の特定、事後の対策等が速やかに行えるようになる。
【００２４】
本発明の省電線通信方式は、上記構成に加え、「前記第一制御ユニットは、バウンダリスキャンにより前記制御対象機器の状態を診断可能な異常診断部をさらに有し、前記通信信号は、前記バウンダリスキャンを行うための異常診断信号をさらに含む」ものであってもよい。
【００２５】
ここで、バウンダリスキャンとは、制御ユニットに搭載された各デバイスをデイジーチェーンに接続し、外部から該デバイスの入出力をコントロールすることにより、デバイスの試験及び異常検出の診断を行うものであり、例えば、デバイスに接続されたボードテストから送出される４つの信号によって実行される。ここで、診断に利用される信号は、規格化されたＪＴＡＧ信号（Ｊｏｉｎｔ  Ｔｅｓｔ  Ａｃｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐ）が用いられる。
【００２６】
したがって、本発明の省電線通信方式によれば、ケーブル部によって第一制御ユニット及び第二制御ユニットの間を送受される通信信号に、ハードウェア機器やＣＰＵを診断し、異常の発生を検知可能な異常診断信号が含まれている。これにより、第一制御ユニットにおいてバウンダリスキャンに基づく第二制御ユニットの診断が可能となり、制御対象機器をさらに安全性及び信頼性を高めた状態で制御することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の省電線通信方式１をロボット２に適用し、具現化した実施形態について図１乃至図３に基づいて説明する。ここで、図１は本実施形態の省電線通信方式１を採用したロボット２の外観構成及び内部構成を模式的に示す説明図であり、図２はロボット２に搭載された第一制御ユニット３及び第二制御ユニット４の機能的構成及び各種信号・電源の流れを示す説明図であり、図３はツインケーブル部５の回路構成例を示す回路図である。
【００２８】
本実施形態の省電線通信方式１は、図１に示すように、一対の上肢部６、一対の下肢部７、及び頭部８がそれぞれ胴部９に対して取着され、各関節（可動節）が可動するように形成された所謂「二足歩行型」のロボット２に対して適用され、内部に収容された第一制御ユニット３（動作制御ユニット）と、アクチュエータ及びセンサ等に接続した第二制御ユニット４の間で種々の信号及び電源の伝達及び通信を行うものについて例示している。
【００２９】
さらに、詳しく説明すると、ロボット２は、胴部９に内蔵されたメインコンピュータＨからの命令に応じ、ロボット２の各動作部１０の動作（例えば、上肢部６の腕の振上動作、下肢部７によるロボット２の歩行動作、及び頭部８の前後方向への可動動作等）を制御するための制御信号ＳＳを送出する第一制御ユニット３と、第一制御ユニット３から離間して設けられ、動作部１０を可動させるためのアクチュエータ１１及びアクチュエータ１１の状態量（動作部１０の動作状態）及び動作部１０の周囲の物理的な状態を検知するための面接触センサ、温度センサ、加速度センサ、及び６軸トルクセンサなどから適宜選択して配される複数のセンサ１２が接続された第二制御ユニット４と、第一制御ユニット３及び第二制御ユニット４の間を電気的にバス接続する一対の電気配線Ｌ１，Ｌ２によって主に構成されるツインケーブル部５とを備えている。ここで、ツインケーブル部５が本発明におけるケーブル部に相当する。
【００３０】
ここで、第一制御ユニット３は、図２に示すように、メインコンピュータＨからの命令等を受付ける第一インターフェイス部１３と、第一インターフェイス部１３を介して受付けた命令に基づいて、ロボット２の各動作部１０の動きを演算処理し、動作制御に係る制御信号ＳＳを生成する動作制御部１４と、動作制御部１４によって生成された制御信号ＳＳをスペクトラム拡散変調方式に基づいてスペクトラム拡散変調信号ＤＳに変調する第一変調手段１５及び変調して第二制御ユニット４から送出されたスペクトラム拡散変調信号ＤＳを解読し、通常の処理で読取り可能なセンサ信号ＴＳ等に復元する第一復元手段１６を有するマスタ部１７とを具備して主に構成されている。
【００３１】
加えて、第一制御ユニット３は、ロボット２の各動作部１０に配されたアクチュエータ１１を可動させる動力電源Ｅ１を供給する動力電源部１８に接続した動力電源供給部１９と、第二制御ユニット４の制御用に供される制御電源Ｅ２を供給する制御電源部２０に接続した制御電源供給部２１とを有している。ここで、動作制御部１４と動力電源供給部１９との間には、緊急時や異常発生時において、ロボット２の各動作部１０の暴走を防ぐためのセーフティ回路２２が設けられている。これにより、異常発生等の状況に応じて動力電源Ｅ１の供給を選択的に遮断することができる。そして、セーフティ回路２２が作動した場合、第二制御ユニット４に対しては動力電源Ｅ１のみの供給が遮断され、その他のスペクトラム拡散変調信号ＤＳ及び制御電源Ｅ２は、継続して送出される。そのため、第二制御ユニット４に接続したセンサ１２は作動状態にあるため、センサ１２から送出されるセンサ信号ＴＳ等を、ツインケーブル部５を介して第一制御ユニット３は受付けることができる。これにより、各動作部１０の状態の把握等することができ、異常発生時の原因特定や復旧等が速やかに行えるようになる。ここで、セーフティ回路２２が本発明の遮断手段に相当する。
【００３２】
さらに、動力電源供給部１９及び制御電源供給部２１は、電源フィルタ２３を介して上述のツインケーブル部５と接続され、第二制御ユニット４に対して電源Ｅ１，Ｅ２を送出することができる。なお、動力電源部１８及び制御電源部２０にからそれぞれ供給される電源Ｅ１，Ｅ２の電圧は、制御電源Ｅ２の電圧に対して動力電源Ｅ１の電圧が、より高いものとなるように設定されている。これは、アクチュエータ等の可動のためには、より大きなパワーが必要なためである。なお、係る電源Ｅ１，Ｅ２は、本発明において直流方式のものが採用されている。
【００３３】
また、第一制御ユニット３には、動作制御部１４と接続し、第二制御ユニット４及び各アクチュエータ１１及び各センサ１２の異常を診断する異常診断部３２が設けられている。ここで、異常診断部３２は、規格化された異常診断信号ＥＳ（＝ＪＴＡＧ信号に相当）によって、ハードウェア機器に対してバウンダリスキャンを行うものであり、係る異常診断信号ＥＳが制御信号ＳＳ等とともに、スペクトラム拡散変調方式に基づいて変調処理され、スペクトラム拡散変調信号ＤＳとして、電源Ｅ１，Ｅ２とともに重畳されて第二制御ユニット４に送出される。
【００３４】
上記構成により、第一制御ユニット３は、ツインケーブル部５を通じて制御信号ＳＳ及び異常診断信号ＥＳ等を、マスタ部１７の第一変調手段１５によって変調処理されたスペクトラム拡散変調信号ＤＳとして、各電源供給部１９，２１から供される電圧の異なる二種類の電源Ｅ１，Ｅ２に重畳させて第二制御ユニット４に送出することができる。ここで、スペクトラム拡散変調方式は、広い周波数帯域の中に信号を拡散して変調することが可能であり、制御信号ＳＳ及びセンサ信号等の複数の信号をまとめて送ることができるようになる。
【００３５】
一方、第二制御ユニット４は、第一制御ユニット３からロボット２の各動作部１０を動かすために供される電源Ｅ１，Ｅ２及びこれらに重畳して送出されたスペクトラム拡散変調信号ＤＳを受付けるとともに、係るスペクトラム拡散変調信号ＤＳを解読し、制御信号ＳＳ等に復元する第二復元手段２４、及びセンサ１２によって検知されたアクチュエータ１１等の状態量を示すセンサ信号ＴＳ等をスペクトラム拡散変調方式に基づいて変調処理する第二変調手段２５を有するスレーブ部２６と、復元処理された制御信号ＳＳに基づいてアクチュエータ１１を制御し、さらに動作部１０に取付けられたセンサ１２からのセンサ信号ＴＳを受付けるアクチュエータ・センサ制御部２７とを具備して主に構成されている。さらに、スペクトラム拡散変調信号ＤＳに含まれる異常診断信号ＥＳによるバウンダリスキャンのスキャン結果を同じくスレーブ部２６を介して返信することが行われている。
【００３６】
また、第二制御ユニット４は、ツインケーブル部５によって供される二種類の電源Ｅ１，Ｅ２を、電源フィルタ２８を通して受付け、第二制御ユニット４のアクチュエータ・センサ制御部２７に制御電源Ｅ２として供給する制御電源供給部２９と、電源フィルタ２８とセーフティ回路３０を介して接続され、各アクチュエータ１１を可動させる動力電源Ｅ１を供給する動力電源供給部３１とを具備して構成されている。
【００３７】
上記構成により、第二制御ユニット４は、スレーブ部２６によってツインケーブル部５を通じて第一制御ユニット３から電源Ｅ１，Ｅ２に重畳して送出されたスペクトラム拡散変調信号ＤＳを受付け、復元することができる。また、電源フィルタ２８によって分離された各々の電源Ｅ１，Ｅ２に基づいて、各動作部１０を可動させるための動力電源Ｅ１、及び第二制御ユニット４のアクチュエータ・センサ制御部２７のための制御電源Ｅ２を独立して確保することができる。さらに、スペクトラム拡散変調方式に基づいて、制御信号ＳＳ及びセンサ信号ＴＳ等の第一制御ユニット３及び第二制御ユニット４の間で互いに送出される複数の信号に対して、変調処理及び復元処理をそれぞれ行うことにより、きわめて精度の高い状態で複数の制御信号ＳＳ及びセンサ信号ＴＳ等を一括して送受が行えるようになる。
【００３８】
加えて、各制御ユニット３，４の間は、一本のツインケーブル部５によって電気的に接続され、電源Ｅ１，Ｅ２及びスペクトラム拡散変調信号ＤＳを一対の電気配線Ｌ１，Ｌ２によって互いに双方向に送出することができる。そのため、従来のロボット等の動作部１０に対して必要とされる複数のコード、ケーブル類を一本のツインケーブル部５に集約し、ロボット２の制御におけるケーブルの数などを著しく減少、換言すれば「省数化」することができる。加えて、ハードウェア機器の診断を行うバウンダリスキャンのための異常診断信号ＥＳ（所謂「ＪＴＡＧ信号）が、制御信号ＳＳ及び電源Ｅ１等に重畳されるため、各動作部１０におけるハードウェア機器の異常診断を、ツインケーブル部５を介して行うことができる。
【００３９】
ここで、本実施形態の省電線通信方式１に利用されるツインケーブル部５は、図３に示すように、一対の電気配線Ｌ１，Ｌ２によって主に構成され、第一制御ユニット３のマスタ部１７及び電源フィルタ２３と、第二制御ユニット４のスレーブ部２６及び電源フィルタ２８とそれぞれ接続している。ここで、ツインケーブル部５は、第一制御ユニット３及び第二制御ユニット４の間で双方向に種々の信号ＤＳ等を流す必要があるため、信号ＤＳ等の流れ方向が互いに対向するように形成されている。すなわち、第一制御ユニット３から第二制御ユニット４への”上り側（図３における紙面左方向から右方向に相当）”の電気配線Ｌ１と、第二制御ユニット４から第一制御ユニット３への”下り側（図３における紙面右方向から左方向に相当）”ので電気配線Ｌ２とを有し、複数のコイルＣＬ、コンデンサＣＤ、及びアースＧＮＤなどの電気部品を含んで構成されている。
【００４０】
このとき、多くのパワー（電力）を必要とするアクチュエータ１１を含む動作部１０を可動させようとする場合、或いは複数のアクチュエータ１１を同時に可動させようとする場合、係るツインケーブル部５の電気配線Ｌ１上には、大容量の電流を流す必要がある。ところが、過大な電流を流すことにより、回路の一部、例えば、コイルＣＬ１において誘導電流Ｉ１が発生し飽和状態となることがある。その結果、上述のアクチュエータ１１に対して充分な量の電源Ｅ１を供給することができない。その結果、制御信号ＳＳに対する反応が遅くなる（動作タイミングがずれる）などの不具合により、制御対象機器の能力を充分に発揮できなくなる。そこで、電気配線Ｌ１上の流れに対して対向して種々の信号ＤＳ等が流される電気配線Ｌ２にコイルＣＬ２を配し、係るコイルＣＬ２から発生する誘導電流Ｉ２を、コイルＣＬ１から発生する誘導電流Ｉ１に近づけるように回路を構成することにより、互いに誘導電流Ｉ１，Ｉ２を相殺することが可能となる。これにより、上述の飽和の問題が解消され、ツインケーブル部５に大容量の電源Ｅ１，Ｅ２を流すことができ、ツインケーブル部５によって複数のアクチュエータ１１を動作させる場合でも、電圧の低下による動作反応の遅延が生じなくなる。その結果、各動作部１０を滑らかに動かすことができるようになる。
【００４１】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００４２】
すなわち、本実施形態の省電線通信方式１を適用したロボット２において、一つの第一制御ユニット３に対して一つの第二制御ユニット４が対応するように、ツインケーブル部５で電気的に接続したものを示したが、接続の形態はこれに限定されるものではない。例えば、図４に模式的に示すように、一本のツインケーブル部５に対して、複数の第二制御ユニット４ａ，４ｂ，４ｃを並列的に接続して形成する省電線通信方式１ａであってもよい。これにより、一つの第一制御ユニット３に対して複数の第二制御ユニット４ａ，４ｂ，４ｃが繋げられる。さらに、第一制御ユニット３に接続されるツインケーブル部５の数は、増加することがないため、ユニット間の配線数の省数化をさらに図ることができる。なお、この場合、動力電源Ｅ１等に重畳されるスペクトラム拡散変調信号ＤＳは、各々の第二制御ユニット４に接続された複数のアクチュエータ１１の可動によって動作部１０を動かそうとする制御を可能とするように、各々の第二制御ユニット４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ対応した制御信号ＳＳ等を含んで構成される必要がある。これにより、ロボット２等の制御対象機器に対して、より複雑な動きを同時に再現させられるようになる。
【００４３】
さらに、図５に示すように、第一制御ユニット３に複数のマスタ部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを設け、それぞれのマスタ部１７ａ等に対してツインケーブル部５を接続して構成したものであってもよい（図５参照）。これにより、動作制御部１４によって生成された制御信号ＳＳ等を個々のマスタ部１７によってスペクトラム拡散変調方式に基づく変調処理を行い、ツインケーブル部５にそれぞれ接続された第二制御ユニット４に対して送出するものであってもよい。これにより、一つのマスタ部１７ａ等の処理に係る負担が分散され、動作部１０をより効率的に動かすことができるようになる。
【００４４】
また、本実施形態の省電線通信方式１を適用する制御対象機器の一例として、図１においてロボット２に対して適用するものを示したが、係る制御対象機器は勿論ロボット２に限定されるものではない。例えば、工場などに設置される工作機器等のプログラミングによって制御可能な産業機器、自動車・鉄道・船舶・航空機等を含む輸送機器、及びその他各種産業及び技術分野に利用される機器などに適用するものであっても構わない。加えて、本実施形態で示したロボット２は、便宜的にメインコンピュータＨを胴部９に内蔵し、メインコンピュータＨによる命令に基づいて独立してロボット２の各動作部１０を動かすものを示したが、これに限定されるものではなく、メインコンピュータＨをロボット２の外部、或いは遠隔地に設置し、ネットワーク等を通じてロボット２の動きを制御するものであっても構わない。これにより、制御対象機器の遠隔操作が容易に行えるようになる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の省電線通信方式は、ロボット等の動きを制御するために、第一制御ユニット及び第二制御ユニットの間を一対の電気配線から主に構成されるケーブル部で電気的に接続し、種々の信号及び電源等のロボットの作動に必要とされる電源及び信号等を互いに双方向に送出することができる”ツインケーブル方式”によるものである。これにより、従来は個々のアクチュエータやセンサ等に対して個別に接続していた複数の電気配線を係るケーブル部によって一つに集約することができる。その結果、従来のケースと比べ、必要とされる電気配線の数を大幅に削減（省数化）することができ、制御対象機器をケーブル類が複雑に絡み合った状態にすることがない。これにより、制御対象機器の構成及び製造がより簡易に行える。加えて、ロボット等の制御対象機器を小型化する際の阻害となる可能性を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】省電線通信方式を採用したロボットの外観構成及び内部構成を模式的に示す説明図である。
【図２】ロボットに搭載された第一制御ユニット及び第二制御ユニットの機能的構成及び各種信号・電源の流れを示す説明図である。
【図３】ツインケーブル部の回路構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の省電線通信方式における別例構成を示す説明図である。
【図５】本発明の省電線通信方式における別例構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１  省電線通信方式
２  ロボット（制御対象機器）
３  第一制御ユニット
４  第二制御ユニット
５  ツインケーブル部（ケーブル部）
１０  動作部
１１  アクチュエータ
１２  センサ
１５  第一変調手段
１６  第一復元手段
１７  マスタ部
２２，３０  セーフティ回路（遮断手段）
２４  第二復元手段
２５  第二変調手段
２６  スレーブ部
２７  アクチュエータ・センサ制御部
３２  異常診断部
ＤＳ  スペクトラム拡散変調信号
Ｅ１  動力電源
Ｅ２  制御電源
ＥＳ  異常診断信号
Ｌ１，Ｌ２  電気配線
ＳＳ  制御信号
ＴＳ  センサ信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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