【手続補正書】
【提出日】平成22年8月30日(2010.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信線にバス接続された１つのマスタ局と、１つまたは複数のスレーブ局が、ある周波数帯域を分割して多重通信を行うマスタ・スレーブ通信システムにおいて、
前記マスタ局は、前記各スレーブでの受信電力レベルおよび前記マスタでの受信電力レベルを前記周波数帯域のサブキャリア毎に計測し閾値と比較して保持する伝達特性データベースと、前記マスタ局と前記スレーブ局が採用する占有制御方式で使用可能なサブキャリアを抽出し、該サブキャリアを前記占有制御方式でフレームを送受信するときに使用するサブキャリアを割付ける機能とを有する第１の周波数割付部と、を備え、
前記スレーブ局は、自己あての前記割付けられたサブキャリアを保持する第２の周波数割付部を備えたこと、を特徴とするマスタ・スレーブ通信システム。
【請求項２】
前記占有制御方式が、前記マスタ局がポーリングのためのフレームを一斉放送し、前記各スレーブ局がそのポーリングに対して同時に応答するものであることを特徴とする請求項１に記載のマスタ・スレーブ通信システム。
【請求項３】
前記占有制御方式が、前記マスタ局が前記各スレーブとの間で、ポーリングとレスポンスをシーケンシャルに行うものであることを特徴とする請求項１に記載のマスタ・スレーブ通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
例えば、従来のロボット制御システムは、ロボットの位置制御を行なうマスタ局に、ロボットの位置検出を行う複数のスレーブ局からの位置データをそれぞれの通信線を介して通信していた。したがって、多くの通信線がロボット本体内にあることが問題となった。この問題に対し、シリアル通信を利用したマルチドロップ接続で省配線化し、時分割型の通信で対応したものがある。しかし、同一時刻に１組のマスタ局とスレーブ局のみしか通信出来ないため通信効率が悪かった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、通信線にバス接続された１つのマスタ局と、１つまたは複数のスレーブ局が、ある周波数帯域を分割して多重通信を行うマスタ・スレーブ通信システムにおいて、
前記マスタ局は、前記各スレーブでの受信電力レベルおよび前記マスタでの受信電力レベルを前記周波数帯域のサブキャリア毎に計測し閾値と比較して保持する伝達特性データベースと、前記マスタ局と前記スレーブ局が採用する占有制御方式で使用可能なサブキャリアを抽出し、該サブキャリアを前記占有制御方式でフレームを送受信するときに使用するサブキャリアを割付ける機能とを有する第１の周波数割付部と、を備え、
前記スレーブ局は、自己あての前記割付けられたサブキャリアを保持する第２の周波数割付部を備えたこと、を特徴としたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記占有制御方式が、前記マスタ局がポーリングのためのフレームを一斉放送し、前記各スレーブ局がそのポーリングに対して同時に応答するものであることを特徴としたものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記占有制御方式が、前記マスタ局が前記各スレーブとの間で、ポーリングとレスポンスをシーケンシャルに行うものであることを特徴としたものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
従来の技術のように、均等に割り付けたサブキャリアで通信すると、割り付けられたサブキャリアで反射によるゲインの減少があると、そのサブキャリアでの通信は不安定になる。また、サブキャリアの帯域が広いほど反射等の影響を受けやすくなる。そこで、直交周波数分割多元接続方式を用いて帯域の狭い複数のサブキャリアで通信する。サブキャリアの帯域を狭くした分、通信容量は減少するが、複数のサブキャリアを同時に利用することで通信容量を確保するのである。これはシャノン・ハートレーの定理の式において、帯域を2分の１にすれば通信容量も2分の1になるので、2分の1の帯域を持つキャリアを2つ以上使えば元の通信路容量となることから説明できる。そこで、従来の技術にくらべてより狭い帯域をもつ複数のサブキャリアを使用して通信することとする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
例えば、産業用ロボットの軸数は一般的に６軸が標準で、このほかに補機が２軸程度ある。そこで、マスタ局１局とスレーブ局８局がバス型の通信線に接続されているものとし、使用する周波数を2MHz〜30MHzとし、マスタ・スレーブ間通信のデータ量を4Mbps、信号とノイズの比を10として、シャノン・ハートレーの式を適用してみると、通信に必要な帯域は1.156MHzと計算される。
従来の方式で通信すると2MHzから30MHz範囲で、1. 156MHzの帯域幅は48に区切ることが出来る。しかし、既に説明したように、この1.156MHzの帯域幅に1箇所でも反射による受信信号の減少があると、この帯域では安定した通信ができなくなる。このため、本発明では直交周波数分割多元接続方式を用いて帯域の狭い複数のキャリアで通信し、反射波の影響する周波数帯域を回避するのである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図６は、受信電力レベル検出による伝達特性の計測の動作を示す。
まず、マスタ局3が、サブキャリアのすべてを使って、アドレス＃１のスレーブ局2へ伝達特性計測フレーム（指令）を送信する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
一方、任意のアドレス＃１のスレーブ局2の第２の受信部260は、通信に使用できるサブキャリアのすべてを使った伝達特性計測フレーム（指令）を受信し、第２の受信部260にてこれらの受信電力レベルを検出し、受信電力レベル閾値と比較し、その結果を論理値として出力する。受信電力レベルの論理値が検出できると、アドレス＃１のスレーブ局2は、サブキャリアのすべてを使って、この論理値を伝達特性計測フレーム（応答）に載せて送信する。マスタ局3はアドレス＃１のスレーブ局2からの、通信に使用できるサブキャリアのすべてを使った伝達特性計測フレーム（応答）を受信し、第１の受信部360にてこれらの受信電力レベルを検出し、受信電力レベル閾値と比較し、その結果を論理値として出力する。双方の伝達特性計測フレームの送受信が完了すると、マスタ局3にはアドレス＃１のスレーブ局2側の受信電力レベルと、このアドレス＃１のスレーブ局2が送信したときのマスタ局3側の受信電力レベルを得ることができる。同様にして、残りのスレーブ局2との受信電力レベルが検出され、これらは伝達特性のデータベース（図５）へ格納される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
なお、受信電力レベルの閾値は、許容される通信エラーを勘案してあらかじめ決められるものであるが、その詳細については省略する。
また、伝達特性のデータベースは、図５に示すように、マスタ局3における各スレーブ局2からの受信又は各スレーブ局2におけるマスタ局からの受信について、その受信電力レベルの論理値をサブキャリア毎に保持する。
図５の左欄最下行は、アドレス＃ｎのスレーブ局2からの受信電力レベルの論理値を例示しているが、ｆ0 〜ｆn はサブキャリアを、‘１’は受信電力レベルの論理値であって該受信電力レベルが閾値以上であることを、‘０’は受信電力レベルの論理値であって該受信電力レベルが閾値未満であることを意味する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
伝達特性の計測を終了すると、次にサブキャリア割付を行う。周波数割付部はマスタ局3とスレーブ局2の通信で使用するサブキャリアを割り付ける機能を有する。サブキャリアの割付については、代表的な２つの占有制御方式に関して説明する。
１つは、マスタ局3がポーリングを一斉放送で行い、各スレーブ局2が同時に応答する場合、即ち、マスタ局3が全てのスレーブ局2が受信できる共通のサブキャリアを使用し、各スレーブ局2が個別のサブキャリアを使用する場合（図4のサブキャリア割付の１の場合）である。
２つ目はマスタ局3とスレーブ局2がポーリングとレスポンスをシーケンシャルに繰り返す場合、即ち、マスタ局3は、各スレーブ局2との通信にそれぞれ異なるサブキャリアを使用する場合（図4のサブキャリア割付の２の場合）である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
マスタ局3が一斉放送で使用するサブキャリアの候補
＝  アドレス＃１のスレーブ局2側受信電力レベル（ｆ）
＊  アドレス＃２のスレーブ局2側受信電力レベル（ｆ）
・
・
・
＊  アドレス＃ｎのスレーブ局2側受信電力レベル（ｆ）    ・・・  （１）
（ｆ）は、サブキャリア毎に評価されることを意味する。
このようにして、各スレーブ局2が共通に使用できるサブキャリアの候補が求められるが、マスタ局3が一斉放送するのはポーリングに限るわけではない。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
各スレーブ局2が同時に応答するときに使用するサブキャリアの候補
＝  ＃１スレーブ局2と通信時のマスタ局3側受信電力レベル（ｆ）
＊  ＃２スレーブ局2と通信時のマスタ局3側受信電力レベル（ｆ）
・
・
・
＊  ＃ｎスレーブ局2と通信時のマスタ局3側受信電力レベル（ｆ）
・・・  （２）
（ｆ）は、サブキャリア毎に評価されることを意味する。
このようにして、各スレーブ局が同時に応答するときのサブキャリアの候補が求められる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
２つ目に、マスタ局3とスレーブ局2がポーリングとレスポンスをシーケンシャルに繰り返す場合、即ち、マスタ局3は、各スレーブ局2との通信にそれぞれ異なるサブキャリアを使用する場合について説明する。
図１１に例示するように、スレーブ局2側の受信レベルとマスタ局3側の受信レベルの各サブキャリアにおける論理積を行い、残ったものが使用可能なサブキャリアとなる。
マスタ局3とスレーブ局2がポーリングとレスポンスを
シーケンシャルに繰り返す場合に使用するサブキャリアの候補
＝  ＃ｉスレーブ局2側受信電力レベル（ｆ）
＊  ＃ｉスレーブ局2と通信時のマスタ局3側受信電力レベル（ｆ）
・・・  （３）
（ｉ＝１〜ｎ）
（ｆ）は、サブキャリア毎に評価されることを意味する。
このようにして、マスタ局3とスレーブ局2がポーリングとレスポンスをシーケンシャルに繰り返す場合に使用するサブキャリアの候補が求められる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
以上のように、使用可能なサブキャリアの候補が決まったら、マスタ局3が各スレーブ局2と通信フレームを送受信するときに使用するサブキャリアを割付ける。その割付けられたサブキャリアを自己の周波数割付部に保持するとともに、各スレーブ局2へ通知する。
各スレーブ局2への通知は、図７に基づいて行われるが、まず、アドレス＃１のスレーブ局2へ、サブキャリア割付データを載せたサブキャリア割付フレーム（指令）を送信する。アドレス＃１のスレーブ局2はマスタ局3からのサブキャリア割付フレーム（指令）を受信すると、第２の周波数割付部250へ受信データを書き込むと共に、サブキャリア割付フレーム（応答）を送信する。マスタ局3は、前記サブキャリア割付フレーム（応答）を受信する。以下同様にして、マスタ局3は次のスレーブ局2との間でサブキャリア割付フレーム（指令）の送信とサブキャリア割付フレーム（応答）の受信を繰り返して、全てのスレーブ局2へのサブキャリア割付を行う。
このサブキャリアの割付は、通常運転で実際に使用する占有制御方式に係るもののみに限って割付ても良いし、使用する可能性のある全ての占有制御方式に係るもの全ての割付を行っても良い。
後者の場合、通常運転に先立って予め使用される占有方式に係るサブキャリア割付が選択される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
一方、第１の受信部360では、通信線4を介して受信したアナログ信号をバンドパスフィルタ366を介してＡ／Ｄ変換器365 により送信部340と同じサンプルレートでサンプリングしてディジタル・ベースバンド信号に変換し、Ｓ／Ｐ変換器364で各々のスレーブ局に割り付けられたサブキャリアに従って、サブキャリア毎にパラレルのサンプル値系列に変換する。そして、このサンプル値系列を離散フーリエ変換器363に入力し、不図示の同期回路で受信信号に同期させながら周波数軸上へ離散フーリエ変換し、等化器362において予め割り当てられた既知データと比較して等化量を求め等化する。その後、デマッパ361 でシンボルマッパと逆の処理（復調）を行って受信データを得る。受信データは、通信LSI300に送信されるので、各々のスレーブ局に割り当てられたサブキャリアの周波数で受信・復調してすべてのスレーブ局の応答を受信できるのである。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
次に、スレーブ局２の送受信部の動作について説明する。図３は、本発明の図１に示されるスレーブ局２の変復調モジュール22の構成図である。
図３において、通信LSI200から受けたデータを変調し送信するのが第２の送信部240である。第２の送信部240では第２の周波数割付部250から出力される送信周波数割付データに従ったサブキャリアを使用して、シンボルマッパ241と逆離散フーリエ変換器242が動作する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施例を示す多軸モータ制御装置
【図２】本発明の第１の送信部と受信部を示す図
【図３】本発明の第２の送信部と受信部を示す図
【図４】本発明の動作を示すフローチャート
【図５】伝達特性のデータベース
【図６】本発明の伝達特性計測の動作を示す図
【図７】本発明の周波数を割り付けの動作を示す図
【図８】本発明で使用する通信フレームを示す図
【図９】共通フレームの周波数割付の実施例
【図１０】指令と応答が対となる場合の周波数割付の実施例
【図１１】全てのスレーブ局が同時に送信する場合の周波数割付の実施例
【図１２】従来の多軸モータ制御装置
【図１３】従来の複数のスレーブ局の各々に割り当てられる周波数帯域の一例を示す    図である。
【図１４】分岐のある通信線の多重反射
【図１５】受信信号レベル