(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアクチュエータからなる多軸機械装置の駆動を制御するためのアクチュエータ駆動制御方式であって、
各アクチュエータに対する指示データ及び／又は制御変数を含むデータ・フレームを発行する中央コントローラと、
指示データ及び／又は制御変数を含むデータ・フレームに従ってアクチュエータの駆動を制御する、アクチュエータ毎に設けられた複数の駆動制御部と、
一方の駆動制御部のデータ出力手段を他方の駆動制御部のデータ入力手段に順次接続する相互接続手段と、
前記中央コントローラ及び駆動制御部の各々に対して共通のクロック信号を供給するクロック供給手段と、
を備え、
前記中央コントローラは、前記クロック供給手段から供給されるクロック信号に基づいて規定される制御周期毎に、指定した駆動制御部に対する指示データ及び／又は制御変数を含むデータ・フレームを、前記相互接続手段により先頭位置に接続された駆動制御部のデータ入力手段に送出し、
各駆動制御部は、前記データ入力手段で受信した指示データ及び／又は制御変数を含むデータ・フレームを前記データ出力手段から送信するとともに自身を指定した指示データ及び／又は制御変数を含むデータ・フレームを取り込み、該取り込んだ指示データ及び／又は制御変数を含むデータ・フレームの処理を次の制御周期で同期して実行する、
ことを特徴とするアクチュエータ駆動制御方式。
【請求項２】
前記制御変数は、アクチュエータのフィードバック制御系における位置ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン、又はデジタル・フィルタのカットオフ周波数パラメータ、又はアクチュエータ温度センサの感度パラメータ、又はアクチュエータ・コイル電流の時定数補正パラメータ、又はアクチュエータ・コイルの電圧補正パラメータ、又はアナログ位置センサ、オフセット調整パラメータ、又はアクチュエータ最大速度制限パラメータ、又はアクチュエータ最大トルク制限パラメータのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動制御方式。
【請求項３】
各駆動制御部は受信データ・フレームにアクチュエータの現在位置データを付けて送出することができ、
前記中央コントローラは、前記相互接続手段により最後尾に接続された駆動制御部のデータ出力手段から送出されるデータ・フレームを受信する受信部を含むことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動制御方式。
【請求項４】
前記相互接続手段は同期シリアル通信又は調歩同期シリアル通信によりデータ・フレームの転送を行う特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動制御方式。
【請求項５】
前記中央コントローラは、第１のバス・インターフェースと、前記相互接続手段に接続するための第２のバス・インターフェースと、第１及び第２のバス・インターフェース間のプロトコル変換を実現する制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動制御方式。
【請求項６】
前記相互接続手段は同期シリアル通信方式による接続を行い、
前記中央コントローラは、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）バス・インターフェースと、同期シリアル通信インターフェースと、ＵＳＢインターフェース及び同期シリアル通信インターフェース間のプロトコル変換を実現する制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動制御方式。
【請求項７】
請求項１に記載のアクチュエータ駆動制御方式においてアクチュエータ毎に設けられた１つの駆動制御部として当該アクチュエータの駆動を制御するための駆動制御装置であって、
データ・フレームを入力するデータ入力手段と、
データ・フレームを出力するデータ出力手段と、
クロック信号を入力するクロック入力手段と、
データ・フレームに含まれる指示データに従ってアクチュエータの駆動を制御するとともに、データ・フレームに含まれる制御変数に従ってアクチュエータの特性を変更する処理部とを具備し、
前記処理部は入力したクロックによって規定される制御周期に同期して受信したデータ・フレームの処理を実行する、
前記クロック入力手段に入力されるクロック信号に基づいて規定される制御周期毎に前記データ入力手段で受信したデータ・フレームを前記データ出力手段から送信するとともに自身を指定したデータ・フレームを取り込み、
前記処理部は、該取り込んだデータ・フレームの処理を次の制御周期で同期して実行する、
ことを特徴とするアクチュエータのための駆動制御装置。
【請求項８】
前記処理部はアクチュエータの現在位置データをデータ・フレームに付加することができる、
ことを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータのための駆動制御装置。
【請求項９】
前記データ入力手段及びデータ出力手段は、同期シリアル通信又は調歩同期シリアル通信によりデータ・フレームの交換を行う、
ことを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータのための駆動制御装置。
【請求項１０】
前記データ入力手段は他の駆動制御装置のデータ出力手段に接続可能であるとともに、前記データ出力手段は他の駆動制御装置のデータ入力手段に接続可能である、
ことを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータのための駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボット、汎用組立機器、ロボット・ハンド機器、その他の多軸制御装置などのような複数のアクチュエータで構成される機械装置に対して適用されるアクチュエータ駆動制御方式に係り、特に、複数のアクチュエータを外部環境からの負荷変動に対して同期協調的に駆動することができるアクチュエータ駆動制御方式に関する。
【０００２】
更に詳しくは、本発明は、シリアル通信を用いることで、少ない配線数によって複数のアクチュエータを同期協調的に駆動することができるアクチュエータ駆動制御方式に係り、特に、短時間のシリアル通信によって、複数のアクチュエータを外部環境からの負荷変動に対して同期協調的に駆動することができるアクチュエータ駆動制御方式に関する。
【０００３】
【従来の技術】
電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボット」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ＲＯＢＯＴＡ(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国では、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット（industrial robot）であった。
【０００４】
ロボットは、一般には、関節自由度を表現するための複数のアクチュエータからなる機械装置である。関節部の各自由度には、アクチュエータと、アクチュエータの変位を測定するエンコーダと、エンコーダの検出信号をフィードバックしながら指示値通りにアクチュエータの駆動を適応的に制御する駆動制御回路とからなる駆動系とが配備されて、ロボットの駆動系を構成している。さらに、中央コントローラが、ロボットが所定の動作パターンを実行するように、ロボット全体の駆動系を統括的に制御するようになっている。
【０００５】
多軸すなわち多数の駆動系を持つロボットの場合、全体構造の簡素化のため、小型且つ軽量であることが好ましい。特に、人間型ロボットやペット・ロボットのような、膨大数の関節自由度を持つロボットの場合、ロール、ピッチ、ヨーなど２以上の自由度を含むような集積度の高い関節を多く含むため、アクチュエータが大きいと各関節部は肥大化してしまい不恰好となる。また、関節部周辺の配線も混雑してしまう。また、アクチュエータが重量物であると、ロボット全体の重量も当然増大するので、移動作業に要する負荷も過大となってしまう。
【０００６】
また、ロボットのような多軸駆動系機械装置においては、任意の作業空間において比較的自由度の高い運動を実現することが望まれている。したがって、作業期間中には不定な外部環境から受ける負荷は常に変化するため、単に各軸アクチュエータの同期をとりながら協調的に動作制御するだけでは不充分であり、外部環境を考慮した動的な制御が必要である。
【０００７】
例えば、人間型ロボットのような２足直立型の脚式移動ロボットにおいては、片足が接地するとともに、他方の足が空間を移動するという動作を繰り返すことで、歩行を実現することができる。歩行のような脚式作業の期間中、それぞれの足は、ロボット自身の慣性モーメントと自重の力が加わる状態（立脚）と、慣性モーメントと自重が加わらない状態（遊脚）とが交互に入れ替わる。さらに、空間上の遊脚側の足が床面に接地するとき、床面の高さを完全に予測することは困難であるため、足首関節部のアクチュエータには慣性モーメントや自重による力が急激な変化で作用することになる。かかる外部環境の急激な変化により、ロボットは姿勢の安定度を失う結果として、歩行不能若しくは転倒という事態を招来する。転倒によりロボットが壊滅的な破損を被る可能性があるし、転倒によって衝突する相手側にも相当の被害が及ぶであろう。
【０００８】
多軸ロボットが、上述したように複数の駆動系と1つの中央コントローラとで構成されるような場合、中央コントローラにおいて同期をとりながら各駆動系に対して外部環境の変化に応じた動作指示及び制御パラメータ（アクチュエータの制御ゲインなど）を送ることによって、外部環境の変化に適応した全身の協調的動作を実現することができる。
【０００９】
例えば、中央コントローラのローカルに、全ての駆動系を並列的に接続させておけば、中央コントローラが各駆動系に対して同時に動作指示を発行することによって、各アクチュエータの同期をとるとともに、外部環境の変化に高速に対応させた全身協調的な動作を実現することができる。
【００１０】
しかしながら、中央コントローラに全ての駆動系を並列的に接続させたのでは、中央コントローラ周辺における配線密度が高まり、ロボットの設計や組立が複雑になる。また、中央コントローラは、駆動系の個数に応じて入出力ポートを用意しなければならず、中央コントローラ自体の設計も困難になりコスト増大を招いてしまう。また、自由度の増大は、中央コントローラのポート数の増加を伴うので配線設計者の負担や製造コストが増大してしまう。
【００１１】
中央コントローラにおける配線の混雑を解消する容易な方法は、各駆動系の並列的な接続をやめて、直列的シリアル・インターフェースを用いて複数の駆動系を直列的に順次接続していくことである。例えばデイジー・チェーン方式で連結することで、単一のデータ転送ストリームを複数の駆動系で共有することができ、装置の配線関係を簡素化することができる。
【００１２】
シリアル通信方式として、例えばＲＳ（Recommended Standard）−２３２Ｃのような調歩同期式シリアル通信方式と、同期式シリアル通信方式とを挙げることができる。
【００１３】
前者の調歩同期とは、スタート・ビットで始まりストップ・ビットで終わるという所定長のビット列でデータを送信し、受信側ではこれらスタート及びストップ・ビットを検出して受信データを識別する方式であり、予め決められたサンプリング周波数でビット列を検出してデータを認識することができる。しかしながら、この調歩同期方式は、転送速度が遅く、また、送信データはＡＳＣＩＩ（American Standard Code for Information Interchange）コードに従うためにデータ長が長くなってしまう。このため、複数の駆動系を調歩同期方式でデイジー・チェーン接続すると、各駆動系が受信データを同期して実行できるという保証がない。また、駆動系の接続数に比例して遅延時間が増大してしまう。
【００１４】
例えば、人間型ロボットのように比較的関節自由度が高く（言い換えれば駆動系の接続数が多く）、且つ、直立歩行のようにリアルタイムで姿勢制御を行わなければならない場合には、調歩同期式では充分なデータ転送速度を得ることができない。
【００１５】
他方、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）に代表されるような同期シリアル通信方式を用いた場合、ＵＳＢハブを介して各駆動系をデイジーチェーン接続することで、同期制御は担保される。また、ＵＳＢインターフェースは、いわゆるＰｎＰ（プラグ・アンド・プレイ）機能をサポートすることから、電源を切ることなくロボット装置の各部の取り付けや交換などの作業を行うことができる。また、ＵＳＢは、既に汎用インターフェースとして広く普及していることから、各種のＵＳＢ対応部品を比較的安価に入手することができる。
【００１６】
図１には、ＵＳＢインターフェースを用いて構成された多軸制御ロボットの制御システムを模式的に示している。同図に示す例では、ホスト（上位）・コントローラとしてのルートＵＳＢは、最大４個のＵＳＢデバイスを接続可能なＵＳＢハブを介して、各関節アクチュエータと連絡している。例えば、本出願人に既に譲渡されている特願平１１−１２９２０６号には、ＵＳＢ仕様に準拠するＯＰＥＮ−Ｒバスで構成されたロボット装置について開示されている。
【００１７】
しかしながら、図１に示すようにＵＳＢインターフェースのみを用いて駆動制御系を構成すると、ＵＳＢハブを追加することで軸数の増加に対応しなければならず、駆動部間の接続数に比例して配線が増大してしまう。図１に示す例では、５台目のＵＳＢデバイス（駆動制御装置＃５）を増設するためには、ＵＳＢハブ＃１にＵＳＢハブ＃２を接続して、このＵＳＢハブ＃２に対してＵＳＢデバイス＃４及びＵＳＢデバイス＃５をカスケード接続しなければならない。したがって、２足歩行ロボットのように自由度が膨大な機械装置に対して図１に示すようなＵＳＢ接続方式を採用すると、配線が著しく混雑してしまい、配線・回路設計が困難となる。
【００１８】
ＵＳＢの規約では、１つの制御システムに２以上のホスト（すなわちルートＵＳＢ）が存在することが許されず、また、ホストを介さないでデバイス側にデータ転送を行うこともできない。このため、ＵＳＢデバイスとしてのアクチュエータ数が増加すると、システム全体の制御周期はＵＳＢデバイスの数に支配されることになる。例えば、図１に示すような５軸構成の場合、ルートＵＳＢからのデータ転送は１ｍｓｅｃ毎の１回と規定されていることから、システム全体ではデータ転送開始から終了まで５ｍｓｅｃを要してしまう。
【００１９】
例えば２足歩行ロボットのように、多数の関節軸を備えた姿勢不安定な機械装置に対して姿勢制御を行うとき、各アクチュエータのエンコーダ出力（すなわち現在位置情報）をリアルタイムで受信するとともに、各アクチュエータへの制御指示値をできる限り高速に送信することが要求される。これに対し、図１に示すようなＵＳＢインターフェースを用いた通信方式の場合、関節軸数の増加に応じて制御周期が長くなるので、歩行時などの姿勢安定制御には限界がある。
【００２０】
一般には、２足などによる直立歩行型ロボットの姿勢安定制御には、１０ｍｓｅｃ以下の制御周期が必要と言われている。図１に示すようなＵＳＢ接続方式によると、１回のデータ転送に必ずホスト（ＵＳＢルート・コントローラ）が介在しなければならないことと、１回当たりのＵＳＢデータ転送には１ｍｓｅｃを要することから、１０軸以下のロボットしか構成することができない。言い換えれば、図１に示すＵＳＢ接続方式では、２足歩行ロボットのように１０軸以上の自由度を要求する多軸機械装置の仕様を満たすことができない。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ロボット、汎用組立機器、ロボット・ハンド機器、その他の多軸制御装置などのような複数のアクチュエータで構成される機械装置に対して適用することができる、優れたアクチュエータ駆動制御方式を提供することにある。
【００２２】
本発明の更なる目的は、複数のアクチュエータを同期協調的に駆動することができる、優れたアクチュエータ駆動制御方式を提供することにある。
【００２３】
本発明の更なる目的は、シリアル通信を用いることで、少ない配線数によって複数のアクチュエータを同期協調的に駆動することができる、優れたアクチュエータ駆動制御方式を提供することにある。
【００２４】
本発明の更なる目的は、短時間のシリアル通信によって、複数のアクチュエータを同期協調的に駆動することができる、優れたアクチュエータ駆動制御方式を提供することにある。
【００２５】
本発明の更なる目的は、指令データと制御パラメータを複合した通信データを伝送するシリアル通信方式によって、複数のアクチュエータを外部環境の負荷変動に適応して同期協調的に駆動制御することができる、優れたアクチュエータ駆動制御方式を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、複数のアクチュエータからなる多軸機械装置の駆動を制御するためのアクチュエータ駆動制御方式であって、
各アクチュエータに対する指示データを発行する中央コントローラと、
指示データに従ってアクチュエータの駆動を制御する、各アクチュエータ毎に設けられた複数の駆動制御部と、
一方の駆動制御部のデータ出力手段を他方の駆動制御部のデータ入力手段に順次接続する相互接続手段とを備え、
前記中央コントローラは、前記相互接続手段により先頭位置に接続された駆動制御部のデータ入力手段に１以上の駆動制御部に対する指示データ及び／又は制御変数を含むデータ・フレームを送出することを特徴とするアクチュエータ駆動制御方式である。
【００２７】
データ・フレームに含めることができる制御変数とは、例えば、アクチュエータのフィードバック制御系における位置ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン、又はデジタル・フィルタのカットオフ周波数パラメータ、又はアクチュエータ温度センサの感度パラメータ、又はアクチュエータ・コイル電流の時定数補正パラメータ、又はアクチュエータ・コイルの電圧補正パラメータ、又はアナログ位置センサ、オフセット調整パラメータ、又はアクチュエータ最大速度制限パラメータ、又はアクチュエータ最大トルク制限パラメータなどである。
【００２８】
また、各駆動制御部は受信データ・フレームにアクチュエータの現在位置データを付けて送出するようにしてもよい。このような場合、前記中央コントローラは、前記相互接続手段により最後尾に接続された駆動制御部のデータ出力手段から送出されるデータ・フレームを受信する受信部を備えることで、各アクチュエータの現在位置データを戻り値として受け取ることができる。
【００２９】
また、前記相互接続手段は、同期シリアル通信又は調歩同期シリアル通信によりデータ・フレームの転送を行うようにしてもよい。
【００３０】
また、前記中央コントローラは、第１のバス・インターフェースと、前記相互接続手段に接続するための第２のバス・インターフェースと、第１及び第２のバス・インターフェース間のプロトコル変換を実現する制御部とを備えてもよい。
【００３１】
第１のバス・インターフェースは、例えば、情報処理・情報通信技術において汎用的なＵＳＢ（Universal Serial Bus）バス・インターフェースでよい。また、第２のバス・インターフェースは同期シリアル通信インターフェースでよい。このような場合、中央コントローラは、外部のＵＳＢルート・コントローラからUSBバス経由で受信するコマンドに従って動作することができる。さらに、複数の中央コントローラを、ＵＳＢハブで集線して、１つのＵＳＢコントローラによって複数の中央コントローラを統括にコントロールすることができる。また、単一のアクチュエータ駆動制御系で相互接続可能な駆動制御部すなわちアクチュエータ軸数の制限を越えて、多軸構成の機械装置を構成することができる。かかる多軸構成の機械装置の一例は、関節自由度の高い２足歩行型のロボットである。
【００３２】
また、前記中央コントローラ及び駆動制御部の各々に対して共通のクロック信号を供給するクロック供給手段をさらに含んでもよい。このような場合、前記中央コントローラは、該クロック信号によって規定される制御周期毎にデータ・フレームを発信開始するとともに、前記駆動制御部の各々は制御周期に同期して受信したデータ・フレームの処理を実行することができる。
【００３３】
また、本発明の第２の側面は、アクチュエータの駆動を制御するための駆動制御装置であって、
データ・フレームを入力するデータ入力手段と、
データ・フレームを出力するデータ出力手段と、
クロック信号を入力するクロック入力手段と、
データ・フレームに含まれる指示データに従ってアクチュエータの駆動を制御するとともに、データ・フレームに含まれる制御変数に従ってアクチュエータの特性を変更する処理部とを具備し、
前記処理部は入力したクロックによって規定される制御周期に同期して受信したデータ・フレームの処理を実行する、
ことを特徴とするアクチュエータのための駆動制御装置である。
【００３４】
本発明の第２の側面に係る駆動制御装置において、前記処理部はアクチュエータの現在位置データをデータ・フレームに付加するようにしてもよい。
【００３５】
また、前記データ入力手段及びデータ出力手段は、同期シリアル通信又は調歩同期シリアル通信によりデータ・フレームの交換を行うようにしてもよい。
【００３６】
また、前記データ入力手段は他の駆動制御装置のデータ出力手段に接続可能であるとともに、前記データ出力手段は他の駆動制御装置のデータ入力手段に接続可能であってもよい。
【００３７】
【作用】
本発明に係るアクチュエータ駆動制御方式は、２足歩行ロボットのような多軸駆動系の機械装置を中央コントローラと複数の駆動系で構成する場合において、特に好適に適用することができる。
【００３８】
各駆動系は１セットのデータ入力部と１セットのデータ出力部とを有する。さらに、隣接する駆動系の間は、一方のデータ出力部と他方のデータ入力部とが連結することで、駆動系全体では１本のデイジーチェーン接続構成となる。各データ入出力は、シリアル・インターフェースを用いて構成される。
【００３９】
駆動系におけるデイジーチェーンの先端は、中央コントローラのデータ出力部に連結され、また、デイジーチェーンの後端は、中央コントローラにループ・バックされている。
【００４０】
このようなデイジーチェーン構成においては、各駆動系に対する指示データは所謂バケツ・リレー方式で転送される。同期制御を実現するためには、各駆動系は、指示データを受信後は一旦待機して、中央コントローラからの同期用制御クロック信号を入力することで各々の制御同期を同一にし、指示データの処理を同期的に実行することができる。この結果、各駆動系は同期協調的に動作することができる。
【００４１】
本発明によれば、駆動系の個数によらず、データ通信のための配線は一定である。例えば、人間型ロボットのように膨大な自由度構成の機械装置を開発する場合であっても、設計者は配線の混雑という問題からは解放される。また、配線数が変わらないことから、設計変更によって駆動系の個数を自由に増やすことができる。
【００４２】
また、本発明に係る同期シリアル転送方式によれば、関節アクチュエータに作用する外力が急激に変化することに応じて、制御指示値とともにサーボ・パラメータ（アクチュエータの制御ゲインなど）をリアルタイムで供給して、アクチュエータの特性を適切に変化させることができる。
【００４３】
外部環境からの負荷変動が不明確な場合は、低速な動作指令とその応答時間が低速になるようなサーボ・パラメータを与えて、制御指示値よりも外部環境下の負荷の大きさに依存したアクチュエータの駆動制御を実現することができる。
【００４４】
例えば、人間型ロボットのような２足直立歩行型ロボットは、図２〜図５に示すように、片足が接地するとともに、他方の足が空間を移動するという動作を繰り返すことで、歩行を実現することができる。このような脚式作業の期間中、左右それぞれの足は、ロボット自身の慣性モーメントと自重の力が加わる状態（立脚）と、慣性モーメントと自重が加わらない状態（遊脚）とが交互に入れ替わる。図２及び図３では空間上の遊脚であった左足が、図４及び図５に示すように地面に接地しようとするとき、この左足の足首アクチュエータは、足部の慣性モーメントのみが作用する状態から、ロボット全体の慣性モーメントと荷重が作用する状態へと急激に変化する。
【００４５】
図４及び図５に示す左足のように、遊脚であった片方の足が地面に接地するときには、その足首関節アクチュエータに対して、フィードバック・ゲインを高い値に設定するようなサーボ・パラメータをリアルタイムでシリアル転送して、ロボットの姿勢安定性の維持を図る。
【００４６】
また、図２及び図３に示す右足のように、立脚であった他方の足が離床しようとするとき、及び、完全に接地している期間中には、その足首関節アクチュエータに対してのフィードバック・ゲインを低い値に設定するようなサーボ・パラメータをリアルタイムでシリアル転送する。この結果、右足に対して外部環境からの負荷が印加されても、その関節アクチュエータは負荷に応じて変位することができるので、ロボット装置全体に働く急激な反作用が軽減されるので、姿勢を維持して安定歩行を継続することかできる。
【００４７】
この結果、ロボットは、２足が交互に遊脚及び立脚の状態を繰り返す場合において、接地その他の衝撃を軽減して、姿勢の安定性を確保し、歩行動作を継続することができる。
【００４８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳解する。
【００５０】
図６には、本実施例に適用される同期シリアル転送方式の接続構成を模式的に示している。図示の接続構成では、制御指示値やサーボ・パラメータの発行元である通信コントローラ１０と、この通信コントローラ１０に対してデイジーチェーン形式に接続された複数の駆動系２０−１，２０−２…で構成される。同図に示す例では、駆動系の個数は４個であるがその数は特に限定されない。以下、各部について説明する。
【００５１】
各駆動系２０−１…は、駆動制御部２１−１…と、アクチュエータ２２−１…と、エンコーダ２３−１…とのセットで構成される。駆動制御部２１−１…は、中央コントローラ１０から発行された指示データを処理して、アクチュエータ２２−１…に対して駆動信号を供給する。また、エンコーダ２３−１…は、アクチュエータ２２−１…の駆動量を検出して駆動制御部２１−１…にフィードバックし、駆動制御部２１−１…はこの検出信号を基にしてアクチュエータ２２−１…に対する適応的な制御を実現することができる。
【００５２】
各駆動制御部２１−１，２１−２…は、指示データ入力用のシリアル・ポートと、指示データ出力用のシリアル・ポートを各1つずつ有している。図示のように、隣接する駆動制御部どうしは、一方の出力用シリアル・ポートが他方の入力用シリアル・ポートにシリアル・ケーブルによって接続されており、駆動系全体としては１本のデイジーチェーン接続構成となる。シリアル・ポートを介したデータ転送方式（通信プロトコル）の詳細については後述に譲る。
【００５３】
シリアル・ケーブルによって連結されたデイジーチェーンにおける先頭のシリアル・ポート、すなわち駆動制御部２１−１の入力用シリアル・ポートは、通信コントローラ１０の指示データ出力用のシリアル・ポートに接続されている。また、該デイジーチェーンにおける最後尾のシリアル・ポート、すなわち駆動制御部２１−４の出力用シリアル・ポートは、通信コントローラ１０の入力用シリアル・ポートに接続されている。このようなデイジーチェーン接続構成においては、各駆動系２０−１，２０−２…に対する指示データを所謂バケツ・リレー方式で転送することができる。
【００５４】
通信コントローラ１０は、１ＭＨｚの同期通信用クロック信号と２０ｋＨｚのモータ制御演算用周期信号とを生成する。これらの同期クロック信号は、各駆動制御部２１−１…に対して、共通の同期制御のクロック信号として供給されている。
【００５５】
各駆動制御部２１−１…は、モータ制御演算用の周期信号をさらに分周して、１ｋＨｚのソフトウェア・サーボ周期を生成する。したがって、駆動制御部２１−１…に接続されている各アクチュエータ２２−１…は全て、同期的に制御される。この代替として、通信コントローラ１０は、１ＭＨｚの同期通信用クロックのみを各駆動制御部２１−１…に供給して、各駆動制御部２１−１…において２０ＫＨｚのモータ制御演算用周期信号と１ｋＨｚのソフトウェア・サーボ信号の双方を生成することも可能である。
【００５６】
このように、１ｋＨｚというソフトウェア・サーボ周期により、１ｍｓｅｃ以内に指示データの転送が完了するので、全てのアクチュエータ２２−１，２２−２…を同期協調的に制御することができる。
【００５７】
同期制御を実現するためには、各駆動系２０−１…は、通信コントローラ１０からの同期用制御クロック信号を入力することで各々の制御同期を同一にすることができる。すなわち、各駆動系の駆動制御部２１−１…は、指示データを受信した後は一旦待機して、クロック信号で規定される制御周期を用いて指示データの処理を同期的に実行することができる。この結果、各駆動系全体は協調的に動作することができる。
【００５８】
次いで、駆動制御部２１が行う処理について説明する。各駆動制御部２１は、１ｍｓｅｃ毎に発生するサーボ割り込み信号毎に、制御演算及びシリアル転送制御を行う。
【００５９】
（１）制御演算
駆動制御部２１は、制御方式として位置制御動作、速度制御動作、トルク制御動作を行うことができる。
【００６０】
位置制御動作を行う場合、駆動制御部２１は、エンコーダ２３から送られてくる位置データＰmと、シリアル・ポート経由で送られてくる回転位置の指示データＰrefとを読み込んで、これらのデータ値から、下式に示す演算を行い、アクチュエータ２２の回転トルクＴrefを算出する。
【００６１】
【数１】
Ｖref＝（Ｐref−Ｐm）×Ｇ１
Ｖm＝Ｐm・ｓ        （注：ｓはラプラス演算子）
Ｔref＝｛（Ｖref−Ｖm）×（１＋Ｇ２／ｓ）｝×Ｇ３
【００６２】
但し、Ｇ１、Ｇ２、及びＧ３は、ホストすなわち通信コントローラ１０からシリアル通信によって設定される制御ゲイン・パラメータである。駆動制御部２１は、Ｇ１、Ｇ２、及びＧ３を変化させることによって、指示データＰrefに対するアクチュエータ２２の応答を切り替えることができる。
【００６３】
また、速度制御動作を行う場合、駆動制御部２１は、エンコーダ２３から送られてくる位置データＰmと、シリアル・ポート経由で送られてくる回転位置の指示データＰrefとを読み込んで、これらのデータ値から、下式に示す演算を行い、アクチュエータ２２の回転トルクＴrefを算出する。
【００６４】
【数２】
Ｖm＝Ｐm・ｓ        （注：ｓはラプラス演算子）
Ｔref＝｛（Ｖref−Ｖm）×（１＋Ｇ２／ｓ）｝×Ｇ３
【００６５】
また、トルク制御動作を行う場合には、駆動制御部２１は、ホストすなわち通信コントローラ１０からシリアル通信によって送られてくる回転トルクの指示データＴrefを読み込んで、このデータを基に、アクチュエータ回転トルクＴrefを生成するような電流をアクチュエータ２２に供給せしめる。
【００６６】
（２）シリアル通信制御
既に上述したように、駆動制御部２１は、アクチュエータ２２のパラメータ変更、内部信号のモニタなどの信号をホストすなわち通信コントローラ１０との間で通信する方法として、シリアル通信を用いる。但し、本実施例では、シリアル通信方式として、同期シリアル通信、又は、調歩同期シリアル通信のいずれを採用することも可能である。いずれの方式を採用しても、通信コントローラ１０に端を発した制御命令を、各駆動制御部２１−１…はデイジーチェーンのダウンストリームに向かって受信して、命令の実行を行うことに変わりはない。
【００６７】
同期シリアル通信方式を採用した場合、複数の駆動制御部２１−１，２１−２…どうしを直列的に接続することによって、少ない配線でロボットの制御系を構成することができる。また、同期シリアル通信方式によれば、高速且つ同期した制御信号をシリアル信号経由で送信することができるので、複数のアクチュエータ２２−１，２２−２…の同期駆動制御を実現することができる。
【００６８】
ホストとしての通信コントローラ１０は、アクチュエータ２２−１…の制御周期ＴSVとしての１ｍｓｅｃ毎に指定した1つのアクチュエータ２２の駆動制御部２１に対する指示データを発行して、シリアル・ポートから送出する。この指示データは、図１に示すようなデイジーチェーン接続された順番に従って、各駆動制御部２１−１…によって順次受信される。
【００６９】
指示データが各駆動制御部２１−１…を順次シリアル転送される間、指定されたアクチュエータ２２に関する駆動制御部２１以外は、単に指示データをデイジー・チェーンの下方に転送するだけで自らはデータを取り込まない。これに対して、指定されたアクチュエータ２２の駆動制御部２１は、指示データを受信すると、これを取り込んでから下方に転送する。そして、指示データ受信に応答して、これを処理してアクチュエータ制御用のデータに変換する。
【００７０】
このようにして、通信コントローラ１０が発行した指示データは、デイジー・チェーンの上位から下位へと一巡した後、再び通信コントローラ１０に戻される。したがって、Ｎ個の駆動系２０−１，２０−２，…，２０−Ｎが連結されている場合には、Ｎ×ＴSV［ｍｓｅｃ］の制御周期を以って駆動系全体を同期的に制御し、図１に示す制御系の協調動作を実現することができる。
【００７１】
図７には、通信コントローラ１０及び４個の駆動制御部２１−１，２１−２…の間で行われるデータ転送方式を図解しておくので参照されたい。但し、通信コントローラ１０における制御周期を１ｍｓｅｃとし、また、各アクチュエータの制御周期ＴSVを１ｍｓｅｃとした。
【００７２】
図７に示すように、１ｍｓｅｃの制御周期が開始することに応答して、通信コントローラ１０は次の指示データをシリアル・ポート上に送出する一方、各駆動制御部２１−１，２１−２…は受信した指示データを処理してアクチュエータ２２−１，２２−２…の駆動を制御する。言い換えれば、制御周期の開始に同期して一斉に各アクチュエータ２２−１，２２−２…を協調動作せしめることができる。
【００７３】
また、１ｍｓｅｃの制御周期の先頭でアクチュエータの協調駆動制御が終了した後は、次の指示データのバケツリレーが同一の制御周期が満了するまでの間に行われる。
【００７４】
本実施例に係る駆動制御方式では、指示データをシリアル転送するので、各駆動制御部が指示データを受信する時刻は区々となる。しかしながら、図７に示すように、各駆動制御部２２は制御周期に同期して一斉に指示データの処理を実行することにより、各アクチュエータの同時的且つ協調的な動作を実現することが可能となる、という点を充分理解されたい。
【００７５】
図８には、デイジーチェーン上をシリアル転送される指示データのデータ・フォーマット例を図解しているので参照されたい。同図に示す例では、１つのデータ・フレームは、先頭の同期キャラクタ・データと、１バイト（８ビット）から数バイト長の転送データ本体と、最後尾の同期キャラクタとで構成される。同図において、フレームの先頭の同期キャラクタ１は必須であり、最後尾の同期キャラクタ２は任意である。
【００７６】
データ・フレームの発行元である通信コントローラは、Ｎバイト長のフレームに、指示データとしてＫバイト、サーボ・パラメータとして（Ｎ−Ｋ）バイトのデータを書き込んで、フレームをデイジーチェーン上に送出する。
【００７７】
図６に示すように同期シリアル転送方式によれば、通信コントローラ１０と各駆動系２０−１…とを連結するデータ・ストリームを、シリアル・データ送信信号、シリアル・データ受信信号、及び同期クロック信号という３種類の信号線だけで構成することができる。したがって、多軸ロボットのような複雑な構造を有する機構部における配線設計を簡素化することができる。
【００７８】
また、通信伝達とアクチュエータ駆動制御の周期が同期しているので、シリアル信号によるアクチュエータへの指示が高速化する。したがって、多軸ロボットのようなシステムにおいて運動制御する場合、複数のアクチュエータ出力軸の合成からなる位置、速度、及び加速度を同期的に制御することが可能であり、全身協調型の動作を実現することができる。
【００７９】
また、図６に示すような同期シリアル転送方式によれば、外部環境からの負荷変動が急激に変化することに応じて、制御指示値とともにサーボ・パラメータ（アクチュエータの制御ゲインなど）をリアルタイムで供給して、アクチュエータの特性を適切に変化させることができる。外部環境の負荷変動に対する制御について以下に説明する。
【００８０】
通信コントローラ１０から開始されるシリアル通信により、指定した駆動部２０のアクチュエータ２２に対する回転角度指示又は回転速度指示などの指示データと、指定した駆動部２０の駆動制御部２１に対するサーボ・パラメータとを、同一データ・フレームに含めて、一定の制御周期で送信することができる。
【００８１】
一方、指定された駆動部２０側では、通信コントローラ１０から送信されたデータ・フレーム中から、アクチュエータ２２に対する回転角度指示値又は回転速度指示値、及び、駆動制御部２１に対するサーボ・パラメータのデータを取り出すと、これらのデータを駆動制御部２１内のローカル・メモリ（図示しない）に一時記憶する。そして、受信したデータ・フレームを、デイジーチェーンのダウンストリームに向かって送信する。
【００８２】
データ・フレームを送信完了後、駆動制御部２１は、一定周期の割り込みに応答して駆動制御演算を開始するときに（前述）、ローカル・メモリに格納しておいた指示データとサーボ・パラメータを取り出して、同割り込み期間内で制御演算を実行する。このような手順により、指示データに基づくアクチュエータ２２の駆動と同時にアクチュエータ２２に対する制御特性が変更されるので、駆動制御系を協調動作することができる。
【００８３】
例えば、外部環境からの負荷が明確な場合は、高速な動作指示とその応答速度が高速になるようなサーボ・パラメータを駆動制御部２１に与えることで、指示データに従った応答性のよいアクチュエータ２２の駆動制御を行う。他方、外部環境からの負荷が不明確な場合は、低速な動作指示とその応答速度が低速になるようなサーボ・パラメータを駆動制御部２１に与えることで、指示データよりも外部環境から受ける負荷の大きさに依存したアクチュエータ２２の駆動制御を行う。
【００８４】
例えば、図２〜図５に示すように２足直立歩行型ロボットが歩行動作を行うような場合を考察してみる。図２及び図３に示す右足のように、床面に接地してロボットの姿勢を保持する立脚側の足首の関節アクチュエータには、ロボット全体の慣性モーメントが作用する。このような関節アクチュエータを制御する場合には、［数１］中のフィードバック・ゲインＧ１及びＧ３を高い値に設定して、指令値Ｐrefを与えることによって、ロボットの姿勢安定性を維持することができる。
【００８５】
また、図４及び図５に示す左足のように、遊脚であった片方の足が地面に接地するときには、その足首の関節アクチュエータに印加される負荷は脚部の完成モーメントだけとなり比較的軽量である。このような関節アクチュエータを制御する場合には、［数１］中のフィードバック・ゲインＧ１及びＧ３を低い値に設定して、指令値Ｐrefを与えることによって、ロボットの姿勢安定性を維持することができる。このように低いゲインＧ１及びＧ３を設定した場合、外部環境からの負荷（例えば足が着床したときに加わる反作用）を受けても、［数１］からも分かるようにアクチュエータ２２のトルクＴrefは小さいので、負荷の大きさに応じてアクチュエータ２２が変位する。したがって、ロボットに対して印加される急激な反作用が吸収若しくは軽減されることになる。すなわち、床面に接地したときに作用する力が軽減され、ロボットを安定制御により姿勢に保つことができる。
【００８６】
２足直立型を始め、各種の脚式移動ロボットは、基本的には、ロボット自身の慣性モーメントと自重の力が加わる状態（立脚）と、慣性モーメントと自重が加わらない状態（遊脚）とが交互に入れ替わることで、脚式移動を実現する。かかる脚式移動の期間中、送信データ・フレーム中にサーボ・パラメータを含ませ、アクチュエータのフィードバック・ゲインを動的且つ適応的に変更することで、姿勢安定性を持続させることができる。
【００８７】
図９には、アクチュエータ２２の制御メカニズムを模式的に図解している。このような制御メカニズムは、対応する駆動制御部２１において実現されるが、ハードウェア・サーボ又はソフトウェア・サーボいずれの形態で実装してもよい。
【００８８】
また、このような制御メカニズムに対して、姿勢安定制御のために変更可能なサーボ・パラメータの例を以下に列挙しておく。
【００８９】
（１）モータのフィードバック制御系における位置ゲインＫpp、積分ゲインＫvp、並びに、微分ゲインＫvi：
アクチュエータの応答速度を可変にするパラメータである。
（２）デジタル・フィルタのカットオフ周波数パラメータＦc：
アクチュエータの負荷の機構系狂信周波数を低減するフィルタ周波数を可変にするパラメータである。
（３）モータ温度センサの感度パラメータ：
モータ温度検出素子からの温度検出データに基づき、モータが許容温度以下になるようにモータ電流を制限する閾値パラメータである。
（４）モータ・コイル電流の時定数補正パラメータ：
モータが高速で回転すると、コイルのインピーダンスによりコイル電流に遅れが生じて効率が低下する。この遅れをソフトウェアにより進相補正して効率を改善するためのパラメータである。
（５）モータ・コイルの電圧補正パラメータ：
コイルの印加電圧によりコイル電流に変化が生じる。印加電圧を検出して、印加電圧に応じて電流指令を調整するパラメータである。
（６）アナログ位置センサ、オフセット調整パラメータ：
モータのロータ回転角度はアナログ電圧信号から検出される。このときのアナログ信号のオフセットを調整するパラメータである。
（７）モータ最大速度制限パラメータ：
速度制御でモータの最大回転速度を制限するパラメータである。位置制御の場合でも、このパラメータによりモータの最大回転数を規制することができる。
（８）モータ最大トルク制限パラメータ：
トルク制御によってモータの最大回転速度を制限するパラメータである。位置制御や速度制御の場合でも、このパラメータによりモータの最大トルクを規制することができる。
【００９０】
図１０には、本実施例に係るシリアル転送方式（図６を参照のこと）を採用した多軸ロボット（例えば２足直立歩行型ロボット）１００全体の制御システムの一例を模式的に図解している。
【００９１】
図１０に示す例では、ホスト（上位）・コントローラとしてのルートＵＳＢ５０は、最大４個のＵＳＢデバイスを接続可能なＵＳＢハブ６１が接続されている。ＵＳＢハブ６１は、３基のＵＳＢポートに３台のＵＳＢ−同期シリアル変換器７１，７２，７３を接続するとともに、残り１基のＵＳＢポートに他のＵＳＢハブ６２がカスケード接続されている。ＵＳＢハブ６２には、２基のＵＳＢポートを用いて２台のＵＳＢ−同期シリアル変換器７４及び７５を接続している。
【００９２】
ＵＳＢ−同期シリアル変換器７１…は、電気・電子技術の業界において汎用的なＵＳＢインターフェースを、本実施例に係る同期シリアル・インターフェースに変換するためのインターフェース・プロトコルである。ＵＳＢ−同期シリアル変換器７１…の各出力側には、各関節軸アクチュエータを駆動する各４台の駆動系８１−１，８１−２，８１−３，８１−４…がデイジーチェーン形式でそれぞれ接続されている。したがって、図１０に示す多軸ロボット制御システムは、合計２０台の駆動系を含んだ２０軸構成システムである。
【００９３】
図１０に示す各ＵＳＢ−同期シリアル変換器７１…の出力側で構成されるデータ・ストリームは、図６に示した同期シリアル転送方式に従うものである。すなわち、各々のＵＳＢ−同期シリアル変換器７１…は指示データを駆動側に送出する通信コントローラ１０に相当する。また、各駆動系８１−１…は、駆動系２０−１…に相当し、駆動制御部と、アクチュエータと、エンコーダとを含む概念である。
【００９４】
図１１には、ある１つのＵＳＢ−同期シリアル変換器７１の出力側で構成されるデータ・ストリームのみを抜き出して図解している。但し、他のＵＳＢ―同期シリアル変換器７２，７３…の出力側データ・ストリームにおいても、略同一の構成を備えているものと理解されたい。
【００９５】
図１１に示すように、ＵＳＢ−同期シリアル変換器７１は、ＵＳＢハブ６１経由で上位コントローラとしてのルートＵＳＢ５０とデータ通信を行うＵＳＢインターフェース回路７１Ａと、ＵＳＢインターフェースと本実施例に係る同期シリアルとのインターフェース・プロトコルを実現するマイクロ・コンピュータ７１Ｂと、本実施例に係る同期シリアル入出力（ＳＩＯ）インターフェース回路７１Ｃとで構成される。
【００９６】
ＳＩＯインターフェース回路７１Ｃの出力側ポートには、先頭の駆動系８１−１が接続されている。また、隣接する駆動系どうしは、一方の出力用シリアル・ポートが他方の入力用シリアル・ポートにシリアル・ケーブルによって接続されて、駆動系全体としては１本のデイジーチェーン接続構成となっている。
【００９７】
図１１に示すようなデイジーチェーン接続構造におけるデータ転送方式は、図７を参照しながら説明した通りである。すなわち、通信コントローラとしてのＳＩＯインターフェース回路７１Ｃからの送信データ（ＴｘＤ）は、デイジーチェーンのダウンストリームに向かって一方向に送出される。また、デイジーチェーンの最後尾に配置された駆動系８１−４の出力ポートは、通信コントローラとしてのＳＩＯインターフェース回路７１Ｃの入力ポートに戻されており、駆動系８１側からの返信データ（ＲｘＤ）をデータ・フレームの発行元に返すことができる。
【００９８】
前述したように、図６に示す同期シリアル転送方式では、各軸すなわち各駆動制御部２１間のデータ転送は１ｍｓｅｃ以内に完結することができる。すなわち、図１１に示すような同期シリアル転送方式のデイジーチェーン接続構成では、４ｍｓｅｃ以内で４台すべての駆動系８１−１…に対して送信データの送信を終了し、４ｍｓｅｃ以内で４軸のアクチュエータ駆動制御を完了することができる。また、ＵＳＢバス上のデータ転送は１ｍｓｅｃで完結する。
【００９９】
したがって、図１０及び図１１に示したような多軸ロボット用制御システム構成によれば、２０軸構成であっても５ｍｓｅｃで全体の通信を完了させることができる。言い換えれば、汎用のＵＳＢインターフェースをそのまま利用した構成で、高速な多軸ロボット制御システムを構築することができる訳である。
【０１００】
本実施例に係る同期シリアル転送方式では、先頭の同期キャラクタ・データと、１バイト（８ビット）から数バイト長の転送データ本体と、最後尾の同期キャラクタとで構成されるデータ・フレームがデイジーチェーン上をシリアル転送される。このことは図８を参照しながら既に説明した通りである。より具体的には、転送データ本体は、それぞれ１バイト長の各駆動系に対する指令データで構成される。指令データには、アクチュエータに対する指示値とサーボ・パラメータが含まれる。また、各駆動系は、次の駆動系又は通信コントローラにデータ・フレームを転送する際に、アクチュエータの現在位置情報を逐次添付することができる。各現在位置情報は、指令データ同様に、１バイト長で構成される。
【０１０１】
図１２には、図１１に示すような同期シリアル転送方式のデイジーチェーン上で１フレームのデータを送信する様子を模式的に図解している。図１２に示す例では、１フレームのデータ転送で、デイジーチェーン上に列設された全軸の指令データを同時送信するようになっている。
【０１０２】
各駆動系８１−１，８１−２…は、フレーム・データを送出するとき、アクチュエータの現在位置データを逐次フレーム・データに書き込むようになっている。したがって、デイジーチェーンのダウンストリームに向かうにつれて、送信フレームのデータ長が徐々に長くなる。
【０１０３】
図１２に示すようなデータ転送方式は、各駆動系８１−１，８１−２…におけるモータ制御演算時間が、１回のデータ転送時間である１ｍｓｅｃに対して充分短い場合には有効である。
【０１０４】
また、図１３には、図１１に示すような同期シリアル転送方式のデイジーチェーン上で１フレームのデータを送信する様子の他の例を模式的に図解している。図１３は、図１２に示した例とは相違し、１フレームのデータ転送で１つの軸の指令データのみを送信するようになっている。
【０１０５】
各駆動系８１−１，８１−２…は、フレーム・データを送出するとき、アクチュエータの現在データを逐次フレーム・データに書き込む。但し、１回の送信フレームに対して書き込まれる現在位置データは１つだけなので、送信フレーム長は長くならない。
【０１０６】
図１３に示すようなデータ転送方式は、各駆動系８１−１，８１−２…におけるモータ制御演算時間が、１回のデータ転送時間である１ｍｓｅｃに対して長い場合には有効である。但し、デイジーチェーン接続された駆動系の軸数に比例して、全体のデータ転送時間が長くなる。この例では、１軸毎に１ｍｓｅｃのデータ転送時間を要し、すべてのアクチュエータを駆動制御するには４ｍｓｅｃが必要となる。
【０１０７】
図１４には、本実施例に係るシリアル転送方式（図６を参照のこと）を採用した多軸ロボット（例えば２足直立歩行型ロボット）１００全体の制御システムの他の例を模式的に図解している。
【０１０８】
図１０に示した例は、ＵＳＢ転送方式と本実施例に係る同期シリアル転送方式が混在していたが、図１４に示す例では、アクチュエータの制御のためにＵＳＢインターフェースを全く使用しない。
【０１０９】
すなわち、図１４に示す例では、図６中の通信コントローラ１０に相当する５台の同期シリアル入出力（ＳＩＯ）インターフェース回路１１１〜１１５は、ホスト（上位）・コントローラのローカル・バスに相互接続されている。ホスト・コントローラは、アドレスを指定することで、各同期シリアル入出力インターフェース回路１１１…に指令を発することができる。
【０１１０】
また、各同期シリアル入出力インターフェース回路１１１…の各出力側には、各関節軸アクチュエータを駆動する各４台の駆動系８１−１，８１−２，８１−３，８１−４…がデイジーチェーン形式でそれぞれ接続されている。したがって、図１４に示す多軸ロボット制御システムは、合計２０台の駆動系を含んだ２０軸構成システムである。
【０１１１】
各同期シリアル入出力インターフェース回路１１１は、図６中の通信コントローラ１０に相当し、その出力側で構成されるデータ・ストリームは、図６に示した同期シリアル転送方式に従う。
【０１１２】
図１４に示すような多軸ロボット制御構成によれば、すべての関節軸アクチュエータに対して１ｍｓｅｃ以内で制御を実行することができる。
【０１１３】
［追補］
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１１４】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、複数のアクチュエータを同期協調的に駆動することができる、優れたアクチュエータ駆動制御方式を提供することができる。
【０１１５】
また、本発明によれば、シリアル通信を用いることで、少ない配線数によって複数のアクチュエータを同期協調的に駆動することができる、優れたアクチュエータ駆動制御方式を提供することができる。
【０１１６】
また、本発明によれば、短時間のシリアル通信によって、複数のアクチュエータを同期協調的に駆動することができる、優れたアクチュエータ駆動制御方式を提供することができる。
【０１１７】
本発明によれば、駆動系の個数によらず、データ通信のための配線は一定である。例えば、人間型ロボットのように膨大な自由度構成の機械装置を設計・開発する場合であっても、設計者は配線の問題からは解放される。また、設計変更によって配線数は変わらないので、駆動系の個数を自由に増やすことができる。
【０１１８】
また、本発明に係る同期シリアル転送方式によれば、関節アクチュエータに作用する外力が急激に変化することに応じて、制御指示値とともにサーボ・パラメータ（アクチュエータの制御ゲインなど）をリアルタイムで供給して、アクチュエータの特性を適切に変化させることができる。
【０１１９】
例えば、外部環境からの負荷変動が不明確な場合は、低速な動作指令とその応答時間が低速になるようなサーボ・パラメータを与えて、制御指示値よりも外部環境下の負荷の大きさに依存したアクチュエータの駆動制御を実現することができる。
【０１２０】
例えば、人間型ロボットのような２足直立歩行型ロボットが歩行動作を行う場合、遊脚であった片方の足が地面に接地するときには、その足首関節アクチュエータに対して、フィードバック・ゲインを高い値に設定するようなサーボ・パラメータをリアルタイムでシリアル転送して、ロボットの姿勢安定性の維持を図ることができる。また、立脚であった他方の足が離床しようとするとき、及び、完全に接地している期間中には、その足首関節アクチュエータに対してのフィードバック・ゲインを低い値に設定するようなサーボ・パラメータをリアルタイムでシリアル転送する。この結果、立脚側の足に対して外部環境からの負荷が印加されても、その関節アクチュエータは負荷に応じて変位することができるので、ロボット装置全体に働く急激な反作用が軽減されるので、姿勢を維持して安定歩行を継続することかできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＵＳＢインターフェースを用いて構成された多軸制御ロボットの制御システム（従来例）を模式的に示した図である。
【図２】２足直立歩行型ロボットが歩行動作を行う様子を示した図であり、より具体的には、右足が立脚となり左足が遊脚となった動作期間における側面図である。
【図３】２足直立歩行型ロボットが歩行動作を行う様子を示した図であり、より具体的には、右足が立脚となり左足が遊脚となった動作期間における正面図である。
【図４】２足直立歩行型ロボットが歩行動作を行う様子を示した図であり、より具体的には、左足が立脚となる瞬間における側面図である。
【図５】２足直立歩行型ロボットが歩行動作を行う様子を示した図であり、より具体的には、左足が立脚となる瞬間における正面図である。
【図６】本実施例に適用される同期シリアル転送方式の接続構成を模式的に示した図である。
【図７】通信コントローラ１０及び各駆動制御部２１−１，２１−２…の間で行われるデータ転送方式を図解したチャートである。
【図８】デイジーチェーン上をシリアル転送される指示データのデータ・フォーマット例を示した図である。
【図９】アクチュエータ２２の制御メカニズムを模式的に示した図である。
【図１０】図６に示すシリアル転送方式を採用した多軸ロボット１００の制御システム構成の一例を模式的に示した図である。
【図１１】図１０のうち、ＵＳＢ−同期シリアル変換器７１の出力側で構成されるデータ・ストリームのみを抜き出して示した図である。
【図１２】図１１に示す同期シリアル転送方式のデイジーチェーン上で１フレームのデータを送信する様子を模式的に示した図であり、より具体的には、１フレームのデータ転送で全軸の指令データを同時送信する場合のデータ送信の様子を示した図である。
【図１３】図１１に示す同期シリアル転送方式のデイジーチェーン上で１フレームのデータを送信する様子の他の例を模式的に示した図であり、より具体的には、１フレームのデータ転送で１つの軸の指令データのみを送信する場合のデータ送信の様子を示した図である。
【図１４】図６に示すシリアル転送方式を採用した多軸ロボット１００の制御システム構成の他の例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１０…通信コントローラ
２０…駆動系
２１…駆動制御部
２２…アクチュエータ
２３…エンコーダ
【図１】
0004281210.tif 000002
【図２】
0004281210.tif 000003
【図３】
0004281210.tif 000004
【図４】
0004281210.tif 000005
【図５】
0004281210.tif 000006
【図６】
0004281210.tif 000007
【図７】
0004281210.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004281210.tif 000011
【図１１】
0004281210.tif 000012
【図１２】
0004281210.tif 000013
【図１３】
0004281210.tif 000014
【図１４】
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