WO1988010453A1 - Apparatus for controlling industrial robot - Google Patents

Description

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明 細 書 産業用ロボッ ト制御装置 技 術 分 野

本 ¾明 産業用口ボッ トの制御装置に関するものであり、 より特定的には、 複数の演算制御装置を用いて産業用ロボッ トを分担制御する場合初期時に複数の演算制御装置にタスク を装荷 （ローデイ ング） する技術に関する。

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背 景 技 術

産業用口ボッ トの制御の高度化および複雑化に伴って、 そ の制御装置と高性能化が要望されている。 か、る制御装置の 高性能化に対して、 複数の演算制御装置、 例えばマイ ク ロコ ンピュータを用いて、 産業用ロボッ トの制御を分散する技術 が適用されている。 すなわち、 比較的低能力のマイ クロコ ン ピュータを複数台用いることにより、 全体として、 複雑な産 業用ロボッ 卜の制御を分担して、 全体としてか、る制御を充 分果し得るように処理能力を向上させている。 使用するマイ クロコ ン ピュータの合数は、 産業用ロボッ トの制御量とこれ らのマイ ク ロ コ ン ピュータの処理能力、 制御装置の価格等に 基いて決定される。

各マイ クロコ ン ピュータは CPU, RAM, RO を有しており、 或 るマイ クロコ ン ピュータはさ らに I /O ュニッ トを有し産業用 ロボッ トの機構部、 駆動部、 センサ部等とィ ンターフ ェ ース をとることが可能になっている。 これらのマイ クロコ ンピュ 一夕は ， 新た な用紙 バスを介して相互にリ ンケージを図ることが可能である。 また、 バスを介して外部記憶装置、 例えば磁気ディスク装 置が接続されている。 磁気ディスク装置には、 各マイ クロコ ンピュータで実行すべき種々のタスクの外、 これらのタスク を動作させるオペレーティ ングシステム（OS)が記憶されてい る。 電源投入直後の初期起動時、 各マイクロコ ンピュータ内 のイ ニシャルローダ、 例えばブート ス トラ ップローダにより

OSが RAM にロードされ、 更に予め定められたタスク分担によ り該当するタスクが該当するマイ クロコ ンピュータ内の RAM にロードされる。 ここで、 OSおよぴ全タスクを磁気ディスク 装置に記憶しておき初期起動時に OSおよび対応するタスクを 各マイ ク ロ コ ンピュータの RAM に'ロードさせるのは、 主とし て次の理由による。 若し OSおよびタスクを予め各マイクロコ ンピュータ内に固定しておく と仮定すると、 それらの内容は 各マイ ク ロコ ンピュータの電源断によっても保存されるよう に、 例えば ROM に記憶しておかなければならない。 しかしな がら ROMに記憶しておく ことは、 第 1に、 容量の大きい ROMが 必要となり価格的に問題がある。 第 2に、 ROM に固定するこ とは、 タスクの内容は修正される場合が多く このような修正 に有効に対応できないという問題がある。 それに代わる手段 として、 各マイ クロコ ンピュータに自己の 0S、 タスクを保存 したフロッ ピ一ディスク等簡易な不揮発性メモリを接続し、 初期起動時フロ ッピーディスクから RAM にロードすることが 考えられる。 しかしながらこの方法は、 複数のマイ クロプロ セッサそれぞれにフロ ッ ピーディスクを設けることになり、 全体

新たな甩紙 と して高価格になるという問題がある。 そこで、 全マイ ク ロ コ ンピュータに共用に磁気ディスク装置を接続し、 前述の如 く、 初期起動時に各 R A Mにイニシャルローディ ングしてい る ο "

更にバスには共用メ モ リ、 例えばシユア ドメ モ リが接続さ れている。 前述の如ぐ複数のマイ クロコ ンピュ一夕が同格で 接続され、 いわゆるスーパーバイザリ ィ コ ンピュータが存在 せず階層化されていないシステム構成において、 マイ クロコ ンピュータ内のタスクの処理上の同期、 タイ ミ ング合せ等を とる場合、 このシヱア ドメ モ リを用いて、 例えばメ イ ルボッ クス方式あるいはセマフォ一（s em ap h o r )の手法を用いること により、 必要な同期をとる。 '

上述の如く、 従来、 各マイ クロコ ンピュータで実行すべき プログラム （タスク） の分担はプログラム作成段階で決定さ れている。 この分担は必ずしも容易でなく、 特定のマイ ク ロ プロセッサのみに過大な負担がか、 る一方、 他のマイ クロプ ロセ ッザの負荷は比較的軽いという事態が生じる。 この場合、 過大な負担を強いられたマイ ク 口プロセッサがボ トルネッ ク となり、 産業用ロボッ トの制御全体と してみた場合、 性能不 足を惹起させる。 当然調整段階で負荷の均一化を図ることが 必要であるが、 この調整は試行錯誤をく り返す場合が多く相 当の時間がか、 るという問題がある。

また産業用ロボッ 卜の制御内容の変更、 追加に伴って、 マ イ ク口コ ンピュータの増設、 または場合により削除という事 態が生ずる。 最近のハー ドウェアの技術の進歩により、 ハ ー ドウ エア的には単にマイ ク ロコ ンピュータモジュールをスロ ッ トに揷脱するのみでか、る増設、 削除が可能になっている しかしながらソフ トウエア的にはプロダラムの負荷分担を一 変しなければならない。 しかも、 このような多くの場合は、 すでに産業用ロボッ トが設置されたフ ィ ール ドで、 迅速かつ 安全に実現されることが要求- れている。 かしながら、 前 述の如く最適なタスクの分担は試行錯誤的要素が多く、 調整 時間が相当か るという問題に遭遇している。

従って、 複数の演算制御装置に对して産業用ロボッ トの制 御内容が、 短時間且つ少ない労力で最適に分散されることが 望まれている。 発明の開示

本穽明の目的は、 産業用ロボッ トを制御するための制御内 容およびその負荷が複数の演算装置の能力に応じて自動的に 最適に分担され、 かゝる負荷負担のもとで、 産業用ロボッ ト の分担制御を可能とする産業用口ボッ ト制御装置を提供する ことを目的とする。

本発明によれば、 産業用口ボッ トの制御.を分担して行う共 通バスを介して相互に接続された複数の演算制御装置を具備 し、 産業用ロボッ トを分担制御する産業用ロボッ ト制御装置 において、 複数の演算制御装置に共通バスを介して接続され、 該演算制御装置で作動するォペレ一ティ ングシステムおよび 複数のタスク、 該タスクを複数の渲算制御装置で分担する管 理情報、 および同期制御情報が記憶されている外部記憶装置 と、 前記共通バスを介して前記複数の演算制御装置および前 記外部記憶装置に接続されたシュア ドメ モリ とを具備し、 産 業用ロボッ ト制御装置の起動時に、 前記複数の演算制御装置 のそれぞれが電源投入に応答して作動するィニシャルローダ により前記外部記憶装置内の管理情報を自己のメ モ リ にロ ー ドし、 前記複数の演算制御装置の,特定の 1つが、 前記外部記 憶装置から前記管理情報および同期制御情報を前記シェ了 ド メ モ リ にロー ドし、 前記複数の演算制御装置のそれぞれが、 前記シ ア ドメモ リ内の同期制御情報を参照して相互の同期 を図りつつ、 前記外部記憶装置から前記オペレーティ ングシ ステムを自己のメ モ リ にロー ドし、 前記複数の演算制御装置 のそれぞれが、 前記シュア ドメ モ リ内の同期制御情報を参照 して相互の同期を図りつつ、 前記管理情報により規定される 自己の処理能力およびタスクの負担に応じて、 順次、 前記外 部記憶装置から該当するタスクを自己のメ モ リ にロー ドし、 前記タスクの初期口一ドの終了後、 複数の演算制御装置の相 互の同期を図って、 産業用ロボッ トを前記ロ ー ドされたタス クによって複数の演算制御装置が分担制御するように構成し たことを特徵とする 産業用ロボッ ト制御装置、 が提供され る。

すなわち、 各演算制御装置で分担すべきタスクは、 管理情 報により 自動的に定まる。 演算制御装置相互間でタスクの取 り合いの競合を防止するため、 シニア ドメ モ リを介して同期 が図られる。

タスクのロー ドが終了すると、 各演算制御装置は、 外部記 憶装置とのデータ送受信はとることなく、 ロードされたタス クの制御動作を行う。

また、 前記複数の濱算制御装置のそれぞれが、 前記外部記 憶装置から該当するタスクを自己のメ モ リ にロー ドするとき- 自己のメ モ リ内にロ ー ド可能か否かチヱック し、 ロー ド可能 な場合のみロ ー ドすると共に、 前記管理情報のメ モ リ容量か らロードしたメ モ リ量を減じるように構成される。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明の 1実施例の産業用ロボッ トの制御装置の 構成図であり、

第 2図は第 1図におけるタスクコ ン トロールブロ ックの 1 例を示す図であり、

第 3図および第 4図は第 1図におけるタスク口 一ディ ング を示すフ ロ ーチャ ー ト、 である。 発明を実施するための最良の形態

第 1図に産業用ロボッ トの制御装置の構成図を示す。

当該制御装置は、 それぞれのバスコネクタ 21〜26を介して 共通のバス 1 に接続された、 外部記憶装置、 例えば磁気ディ ス ク装置 3、 シェア ドメ モ リ 4、 マイ ク ロ コ ンピュータ シス テム 5 〜 7および I Z Oボード 8を備えている。 外部記憶装 置 3には、 マイ クロコ ンピュータ システム 5 〜 7にロードす べきオペレーティ ングシステム ( O S ) 、 分散ロ ー ドすべき タスクの外、 タスク分散用管理情報としてのタスクコ ン ト 口 一ルブロ ッ ク T C Bおよび同期制御情報が記憶されている。 マイ クロコ ンピュータ システム 5〜 7 はそれぞれが CP

ROM を有している。 マイ ク ロ コ ン ピュータ システムには I / 〇機能を有するもの 7 と、有しないもの 5 ， 6 とがある。 I Z 0機能を有するマイ ク ロコ ン ピュータ システム 7 には更に I Z Oイ ンタ ーフ ユ 一ス 9が接続されている。 I Z Oボー ト 8にも I Z Oイ ンタ 一フ ェ ース 1 0が接続されている。 制御 装置は、 これら I Z Oイ ンタ ーフ ェ ース 9 ， 1 0を介して産 業用ロボッ トのセ ンサ部、 駆動部 （いずれも図示せず） に接 続され、 産業用ロボッ トを直接制御する。 但し、 これらの制 御内容それ自体は本発明と直接関係しないので、 以下省略す ο

産業用ロボッ トを制御するプログラムをタスクと呼ぶが、 タスクは、 それぞれが完全に独立したプログラム単位となつ ており、 タスク同士が相互に干渉し合う ことはないように作 成されている。 但し、 制御処理を行う場合、 タ ス ク間でタイ ミ ング合せ、 同期、 データの伝授等を行う必要はあり、 これ にはセマフ ォ、 メ ィルボッ クスなどの手法により実現される。

タ ス ク には全マイ ク ロ コ ン ピュ ータ システムに必要なベー シッ クタスクとそうでないオプショ ンタスク とがある。 ォプ シヨ ンタスクには、 例えば I Z〇機能を有するマイ ク ロコ ン ピュータ システム 7 に個有なタスクと、 いずれのマイ ク ロコ ンピュータ システムで作動してもよい非個有なタスクとがあ る。 またそれぞれのタスクは、 その負荷が予め定められてい る。 このようなタスクの情報は、 第 2図に図示の如く、 磁気 ディスク装置 3内にタスクコ ン ト ロールブロック T C Bとし て記憶されている。 第 2図において、 タスク 1 (T 1 ) はマ イ ク口コ ンピュータシステム 7において作動すべき個有のも のであり、 その負荷は 1 0単位、 メモリ容量は 4 KBである。 タスク 2 , 3 (T 2 , T 3 ) はそれぞれ非個有タスクであり、 負荷は 5 > 3単位であり、 そのメ モリ容量は 2 KR. 1.5. KBで ある。 ここで、 負荷の単位は、 C P Uが処理するに要する時 間の基準を示す。

各タスクはいずれのマィ クロコ ンピュータ システム内の R AMのいずれのァドレスにおいても作動可能なようにそれ 自体が相对ァドレス化されていると共に、 マイ ク ロコ ンピュ ータ.システム側にもァ ドレス変換機能が設けられている。

磁気ディスク装置 3には、 管理情報の他のものとして各マ イ ク口コ ンピュータシステムの処理能力を表わす能力テープ ル A B Lが記憶されている。 例えばマイ ク ロコ ンピュータシ ステム 5〜 7のそれぞれの処理能力は、 ABL(5)=200,ABL(6) = 200, ABL(7) = 300 と設定されている。 これらの総和 700 が タスクの負荷の総和より大きくなければならない。 磁気ディ スク装置 3には管理情報のさらに他のものとして、 各マイ ク 口コ ンピュータ内の R AMが、 0 Sおよびその R AMで受け 入れ可能なタスクのメモ リ容量を記憶しているメモリテープ ル MEMが記憶されている。 例えば、 マイ クロコ ンピュータ システム 5〜 7の各 R AMの利用可能な容量は、 MEM(5) = 64 KB, B C6) =64KB, MEM (7) = 128KB である。 これらの容量の 総和も全タスクのメ モリ容量の総和以上でなければならない _c

新たな用紙 各マイ ク ロ コ ンピュータ システムには、 ブー トス ト ラ ップ ローダと呼ぶハ — ドウヱァ回路により構成されたイ ニシャル 口一ダが組み込れている。 このイ ニシャル口ーダは電源投入 時割込みにより駆動され、 以下に述べるタスクその他のロー ディ ングを行う。

以下、 第 3図を参照してタスクその他のロー-ディ ング'につ

(/、て述べる ₀

ステツプ 011(S 011)

電源がオ ンになると各マイ クロコ ンピュー夕のブー トス ト ラ ップローダが起動される。

ステツプ 012(S 012)

ブー トス ト ラ ップローダは先ず、 タスクコ ン ト 口一ルブロ ッ ク T C Bのもとになるデータを磁気ディスク装置 3から自 己の R AMの最後部にロー ドする。 ロー ドは、 磁気ディスク 装置 3に、 バスコネクタ 23〜25、 パス 1を介して、 タスク コ ン ト ロールブロ ッ ク T C Bのア ドレスおよびその容量を指定 してリ ー ドアクセスをかけることにより行なわれる。 但し、 この場合、 磁気デイスク装置 3におけるタスクコ ン ト ロール ブロ ッ ク T C Bのスター トア ドレスおよびその転送容量は固 定であり、 ブー トス ト ラ ップローダにそれらのデータが設定 されている。

ステツプ 013(S 013)

次に、 マイ ク ロコ ンピュータ システム 5〜 7の特定の 1 つ、 本実施例においては最小蕃号のマイ ク 口コ ンピュータ システ 厶 5のブー トス ト ラ ップロ ーダが管理情報と してのタスク コ ン トロールブロ ッ ク TC B、 能力テーブル A B L、 メ モ リ テ 一ブル MEM、 および、 同期情報を磁気ディスク装置 3から シェア ドメ モリ 4に転送する。 シェア ドメモ リ 4に転送され た、 これらの情報は以下に逾ベる各マイ クロコ ンピュータに おけるィニシャルローディ ングの制御情報として共用される, ステツプ OU (S 014) - - 各マイ ク ロコ ンピュータ システム 5〜 7のブ一 トス ト ラ ッ プローダはシェア ドメモリ 4内の同期情報としての対応する フラグをセッ トする。 全マイ クロコ ンピュータ システムによ り对応するフラグがセッ ト されることにより、 以下のローデ ィ ングに先立ってシステム同期がとれることになる。

ステップ 015 (S 015) '

マイ ク ロコ ンピュータ システム 5〜7は順次、 対応する自 己の 0 Sを磁気ディスク装置 3から自己の RAMに転送する _c 本実施例においては、 マイ クロコ ンピュータシステム 5 , 6 は I ZO処理機能を有しない同一の 0 Sを RAMにロードし， マイ ク 口コ ンピュータ システム 7は I ZO処理機能を有する 〇 Sを RAMにロー ドする。 0 Sのローデイ ング終了は、 シ ヱアドメモリ 4内の対応するフラグをセッ トすることにより- 他のマイ クロプロセッサシステムにとっても識別される。 ま た各マイ クロコ ンピュータ システムはシェア ドメ モリ 4内の メモ リテーブル MEMのメモ 容量から、 上述の 0 Sのメ モ リ容量分を減じ、 ロー ド可能のメ モリ容量を更新する。

ステツプ 016(S016)

次いでタスクのロー ドに移行するが、 先ずマイ ク 口コ ンビ ユータ システムに個有のタスクをロー ドする。 本実施例にお いては、 マイ ク ロコ ンピュータ システム 7のみが I ZO処理 に関係した個有のタスク、 例えば第 2図に例示したタスク T 1 , T100 を、 順次、 自己の RAMにロー ドする。 この場 合、 マイ ク ロ コ ンピュータ システム 7のブー トス ト ラ ップ口 —ダは タスク T 1を自己の R A Mにロー ドすると共に、 シ ヱア ドメモ リ 4内の能力テーブル AB Lの自己の能力データ から 1 0を減じ、 同じく メ モ リテーブル MEMの自己のメ モ リデータから 4 KB分を減じる。 タスク T100 についても同様 である。 これによりマイ ク ロ コ ンピュータ システム 7の残余 能力およびロー ド可能なメ モ リ容量が更新される。

若し、 個有のタスクをロー ドすべきマイ クロコ ンピュータ システムが複数ある場合、 各タスクのロー ド毎にシヱァ ドメ モ リ 4の同期情報を確認しつつ競合が生じないよう、 上記処 理が行なわれる。

ステ ップ 017(S017)

個有のタスクが全てロー ドされると、 各マィ ク ロ コ ンピュ 一夕はシュア ドメモ リ 4内の同期情報をチエ ッ ク し、 非個有 のタスクのロー ドを開始する。 こめローディ ングは負荷の分 担を図りつつ行なわれるものであり、 その詳細を第 4図のフ 口—チヤ— トを参照して述べる。

ステツプ 031(S 031)

各マイ ク ロコ ンピュータ システムは、 未ロー ドのタスクの うち、 自己の能力の裕度およびロー ド可能なメ モ リ容量から 判断して、 自己の順位を決定する。 順位が同じ場合、 番号の 小さいマイ ク ロ コ ンピュ ータ システムが優先する。

ステツプ 032， Q33 ( S 032, S 033)

決定順位により对応するマィ クロコ ンピュータシステムの ブー トス ト ラ ップロ一ダがロ一ド可能タスクを決定し （ S 032) そのタスクを自己 R A Mにロードする （S 033)。 このロード に伴って、 前述の如く、 シヱア ド人モリ 4内の能力テーブル A B L、 "a—ド可能メ モ リ容量を更新する。 また該当するタ スクがロー ド完了 【 ，たことをセッ トする。

ステツプ 034, Q35 C S 034, S 035)

以上の非個有タスクローデイ ングは、 全タスクの口一ディ ングが終了するまで继続される （S 034)。 但し、 能力および σ―ド可能メ モリ容量またはいずれかから判断して、 自己が 負担すべきロードが一杯になったマイ クロコ ンピュ一タシス テムは、 上記ローデイ ングを終了する （S 035)。 この終了は シェアドメモリ 4にフラグをセッ トすることにより行なわれ 。

ステツプ 018, 019 ( S 018， S 019)

全ての非個有タスクのローデイ ングが終了 す るとシステ ム全体の同期化が行なわれ （第 3図、 S 018)、 通常の制御動 作に移行する （ S 019) _o 全ての非個有タ ス クのローデイ ング 終了は、 最後のタスクを口ーディ ングを行ったマイ クロコ ン ピュータ システムにより判断される。 またこの最後のローデ ィ ングを ί亍なつたマイ クロコ ンピュ一タシステムがシヱアド メ モ リ 4内に各マイ ク ロコ ン ピュータ システムが通常動作可 能であることを示す 7ラグをセッ トすることにより、 システ ムの同期化 （ S 018)および制御動作の移行 （ S 019)が行なわ れる。

尚、 万一、 全マイ ク ロコ ンピュータ システムの能力が全タ スクの負荷より小さい場合、 又は全マイ クロコ ンピュータ シ ステ.ムのロー ド可能 R A M容量が全タスク、 全 O Sのメ モ リ 容量より小さい場合は、 それが検出された時点で、 最後のマ ィ クロコ ンピュータ システムからエラー表示がされる。

上記実施例においては、 制御装置と してマイ ク ロコ ンピュ 一夕 システムを用いた場合について述べたが、 マイ クロコ ン ピュータと同様の他の装置、 例えばマイ ク口プロセッサ、 ミ ニコ ン等を用いた場合も同様である。

以上'に述べたように本発明によれば、 タスクの内容により —義的に定まるタスクコ ン ト ロールブロ ッ クの内容、 各演算 制御装置の能力により、 全体と して演算制御装置の能力に応 じた最適な負荷分担を図ることができる。 この負荷分担は制 御装置側により 自動的に行なわれるので、 労力が大幅に軽減 される。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 産業用ロボッ トの制御を分担して行う共通バス （ 1 ) を介して相互に接続された複数の演算制御装置を具備し、 産 業用ロボッ トを分担制御する産業用ロボッ ト制御装置におい て、

該複数の演算制御装置に該共通バス （ 1 ) を介して接続さ れ、 該潦算制^装置で作動するォペレ一ティ ングシステムお よび複数のタスク、 該タスクを複数の演算制御装置で分担す る管理情報、 および同期制御情報が記憶されている外部記憶 装置 （ 3 ) と、

前記共通バスを介して前記複数の演算制御装置および前記 外部記憶装置に接続されたシュア ドメ モ リ （ 4 ) と

を具備し、 産業用ロボッ ト制御装置の起動時に、

前記複数の演算制御装置のそれぞれが電源投入に応答して 作動するイ ニシャ ルローダにより前記外部記憶装置内の管理 情報を自己のメモリに口一ドし、

前記複数の演算制御装置の特定の 1つが、 前記外部記憶装 置から前記管理情報および同期制御情報を前記シュア ドメ モ リ にロ ードし、

前記複数の演算制御装置のそれぞれが、 前記シユアドメ モ リ内の同期制御情報を参照して相互の同期を図りつつ、 前記 外部記憶装置から前記ォペレ一ティ ングシステムを自己のメ モ リ にロー ドし、

前記複数の演算制御装置のそれぞれが、 前記シニアドメ モ リ内の同期制御情報を参照して相互の同期を図りつつ、 前記 管理情報により規定される自己の処理能力およびタスクの負 担に応じて、 順次、 前記外部記憶装置から該当するタスクを 自己のメ モ リ にロー ドし、

前記タスクの初期ロー ドの終了後、 複数の演算制御装置の 相互の同期を図って、 産業用口.ボッ トを.前記ロー ドされた夕 スクによって複数の演算制御装置が分担制御するよ όにした ことを特徴とする、 産業用ロボッ ト制御装置。

2. 前^複数の演算制御装置のそれぞれが、 前記外部記憶 装置から該当するタスクを自己のメ'モリ にロー ドするとき、 自己のメモ リ内にロー ド可能か否かチユ ッ ク し、 ロー ド可能 な場合のみロ ー ドすると共に、 前記管理情報のメモ リ容量か らロー ドしたメ モ リ量を減じる ことを特徴とする、 請求の 範囲第 1項記載の産業用ロボッ ト制御装置。

3. 該複数の演算装置のそれぞれが、 演算ユニッ ト （C P U ) 、 前記オペレーティ ングシステム、 管理情報、 および同 期制御情報を記憶するラ ンダムアク セスメ モ リ （ R A M ) を 具備する、 請求の範囲第 2項記載の産業用ロボッ ト制御装置。