JP7840176B2

JP7840176B2 - ロボット

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Publication number: JP7840176B2
Application number: JP2022031195A
Authority: JP
Inventors: 隆介石▲崎▼; 哲朗棚澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2026-04-03
Anticipated expiration: 2042-03-01
Also published as: JP2023127414A; US12425101B2; US20230283368A1

Description

本発明は、ロボットに関し、より詳細には、基体及び基体に直列に連結された複数のリンクに分散して配置された複数の制御装置を備えるロボットに関する。

従来、複数のコンピュータ（ネットワークノード）がリング型のネットワークを介して互いに接続されたリングネットワークシステムが公知である。この通信システムにおいては、トークンを得たノードのみがデータを送信できるようにすることで、信号の衝突を回避することができるトークンリング式の通信方式が公知である（特許文献１参照）。一方、トークンリング式では、ネットワーク上で複数のノードが同時にデータを送信することはできない。

そこで本出願人は、同時に複数のノードがデータを送信することができる方式のリングネットワークシステムを提案している（特許文献２、３参照）。これらのシステムでは、ノードが、自ノードが生成したデータを送信データとして送信するデータ送信ブロック及び他ノードから送信された送信データを中継データとして中継するデータ中継ブロックを有するデータ送出部（送信部）と、出力切替部（送出部）とを有する。出力切替部は、送信データ及び中継データ一方のデータを出力データとして切り替えながら出力する。

特許文献２の通信システムでは、各ノードのデータ送信部及び出力切替部のうち少なくとも一方が、オンザフライ方式によるデータの出力中に異常データを検出するエラー検出部を有する。エラー検出部が異常データを検出した場合、エラー検出部を有するデータ送信部又は出力切替部は、データの出力を途中で打ち切り、打ち切ったデータの最後にエラーデータを付加して出力する。

特開２００１－３２６６６３号公報特許第６４７１０２１号公報特許第６５２７３９９号公報

通信システムがロボットに適用される場合、ネットワークの通信ケーブルは複数のリンクに亘って配置される。この場合、通信ケーブルはリンク間の関節を通る部分で断線することがある。上記リングネットワーク通信システムにおいては、各ノードが自由にデータを出力することができる。そこで、各ノードが定期的にデータを送信するようにシステムを構成し、ノードがデータ入力の有無を監視することで、データを送信しない（データを届けられない）ノードを特定し、ネットワーク上の異常発生箇所を特定することが考えられる。しかしながら、ノードは、異常が発生したときに、異常が通信ケーブルの断線によるものであるのか、或いは異常がノードの故障によるものであるのかを特定することができない。

本発明は、以上の背景に鑑み、断線異常の発生を抑制するべく、断線する前に通信ケーブルの異常を検出できるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、ロボット（１）であって、複数の関節（２１～２４）を介して基体（２）に直列に連結された複数のリンク（７～１０）と、互いに連結された対応する対の前記リンクを相対変位させるべく前記関節を駆動する複数のアクチュエータ（２９）と、前記基体及び前記リンクに分散して配置され、前記アクチュエータを制御する複数の制御装置（３２）と、前記制御装置を互いに接続し、情報を伝送する光ファイバーからなる通信ケーブル（３１）と、前記通信ケーブルを介して前記制御装置に伝送される光信号の光量（Ｉ）を計測する複数の光量計測装置（４０）と、を備え、各制御装置が、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量を監視し、前記光量に基づいて対応する前記通信ケーブルの状態を判定する。

この態様によれば、断線する前に通信ケーブルの異常を検出することができる。よって、ロボットは、例えば、異常が発生した通信ケーブルが通過する関節以外の関節のみを駆動し、高応答を維持したまま縮退運転を実現することができる。

上記の態様において、各制御装置が、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量の単位時間当たり減少量（ΔＩ／Δｔ）が所定の第１閾値（ＴＨ１）よりも大きいときに、対応する前記通信ケーブルの状態が異常であるとは判定するとよい。

この態様によれば、光ファイバーの急激な曲げ変形に起因する通信ケーブルの異常を検出することができる。

上記の態様において、各制御装置が、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量が所定の第２閾値（ＴＨ２）よりも小さいときに、対応する前記通信ケーブルの状態が異常であると判定するとよい。

この態様によれば、光ファイバーの耐久劣化に起因する通信ケーブルの異常を検出することができる。

上記の態様において、前記制御装置がリング状に形成されたリングネットワーク上に一方向にデータを送信するリングネットワーク通信システム（３０）のノード（３２）を構成し、各ノードは、他ノードに対して送出するべきデータを生成するデータ生成部（４３）と、自ノードの前記データ生成部が生成したデータを生成データ（Ｄｐ）として送信するデータ送信ブロック（５６）、及び、前記他ノードから送出されたデータを中継するべく中継データ（Ｄｒ）として送信するデータ中継ブロック（５５）を有するデータ送信部（５２）と、前記他ノードに対して送出するデータを、前記データ送信ブロックが送信した前記生成データと前記データ中継ブロックが送信した前記中継データとで切り替え、送信データ（Ｄｏ）として出力する出力切替部（５７）と、前記他ノードから送出されたデータを受信データ（Ｄｉｒ）として受信するデータ受信部（５３）とを備え、各ノードの前記データ送信部及び前記出力切替部の少なくとも一方は、オンザフライ方式によるデータの出力中に異常データを検出するエラー検出部（６１）を有し、各ノードは、対応する前記エラー検出部が前記異常データを検出したときに、前記異常データの送信元ノードの状態が異常であると判定し、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量に異常があった場合には対応する前記通信ケーブルの状態が異常であると判定するとよい。

この態様によれば、各ノードは、異常データを検出したときに、この異常データを含むデータを生成したノードが異常な状態にあることを判定することができる。また、各ノードは、光量に基づいて、対応する通信ケーブルの状態が異常であることを判定することができる。よって、ロボットは、例えば、異常に関連する関節以外の関節のみを駆動し、高応答を維持したまま縮退運転を実現することができる。

上記の態様において、各ノードは、対応する前記エラー検出部が前記異常データを検出し、前記異常データの前記送信元ノードの状態が異常であると判定したときに、前記送信元ノードの異常を示すデータを送出し、前記ノードの少なくとも１つは、前記他ノードに対して対応する前記アクチュエータの制御指令を送信するホストノード（３２Ａ）であり、前記ホストノードは、前記送信元ノードの異常を示すデータを受信した場合、関連する前記送信元ノードに前記制御指令を送信しないとよい。

この態様によれば、ホストノードは、異常データを含むデータの送信元ノード以外のノードのみに制御指令を送信することで、関節の一部のみを駆動する縮退運転制御を、高応答を維持したまま実行することができる。

上記の態様において、各ノードは、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量に基づいて対応する前記通信ケーブルの状態が異常であると判定したときに、前記通信ケーブルの異常を示すデータを送出し、前記ノードの少なくとも１つは、前記他ノードに対して対応する前記アクチュエータの制御指令を送信するホストノード（３２Ａ）であり、前記ホストノードは、前記通信ケーブルの異常を示すデータを受信した場合、前記通信ケーブルの異常に関連する前記ノードに前記制御指令を送信しないとよい。

この態様によれば、ホストノードは、通信ケーブルの異常に関連するノード以外のノードのみに制御指令を送信することで、関節の一部のみを駆動する縮退運転制御を、高応答を維持したまま実行することができる。

以上の態様によれば、断線する前に通信ケーブルの異常を検出することができる。

実施形態に係るロボットの正面図図１に示すロボットに設けられた通信システムの配置図図１に示す各ノードの構成図データパケットの構成図図１に示す各ノードの機能ブロック図図５に示すデータ中継ブロックの機能ブロック図通信ケーブルの異常の態様を説明するためのグラフ実施形態に通信システムにおける通信ケーブルの異常判定の説明図実施形態に通信システムを用いたいロボットの制御方法の説明図

本発明に係るロボット１の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示すように、実施形態に係るロボット１は、自律的に歩行・走行を行う２脚歩行式の人間型ロボットであり、基体をなす胴体２及び腰部３、頭部４、左右の腕５、左右の脚６を備える。腕５は、それぞれがリンクをなす肩部７と、上腕部８と、前腕部９と、手部１０とから構成される多リンク機構である。また、脚６はそれぞれがリンクをなす、大腿部１１と、下腿部１２と、足部１３とから構成される多リンク機構である。ロボット１は胴体２の背部に電装品ボックス１４を背負っている。電装品ボックス１４には、バッテリやＤＣ－ＤＣコンバータ等が収容されている。

腰部３は腰関節２０によって胴体２に連結されている。肩部７は第１肩関節２１によって胴体２に連結されている。上腕部８は第２肩関節２２によって肩部７に連結されている。前腕部９は肘関節２３によって上腕部８に連結されている。手部１０は手関節２４によって前腕部９に連結されている。大腿部１１は股関節２５によって腰部３に連結されている。下腿部１２は膝関節２６によって大腿部１１に連結されている。足部１３は足関節２７によって下腿部１２に連結されている。すなわち、腕５や脚６を構成する複数のリンクは胴体２に直列に連結されている。頭部４は首関節２８によって胴体２に連結されている。なお、図１においては、各関節（２０～２８）の概ね中心が破線の円で示されている。各関節は、対応する１対のリンクを、１軸周りに回動可能に連結していてもよく、２軸周りに回動可能に連結していてもよい。

図２に示すように、各関節には、軸周りの連結部の数に対応する数の電動モータ２９が設けられている。各関節は、電動モータ２９によって対応する軸周りの連結部が回転駆動されることにより、対応する１対のリンクの相対角度を変更する。各電動モータ２９は、対応する関節を駆動するアクチュエータを構成する。

ロボット１には、各部の動作を制御するためのネットワーク通信システムとして、リング状に形成された複数のリングネットワーク通信システム（以下、単に「通信システム３０」という）（３０Ａ～３０Ｅ）が設けられている。具体的には、右の腕５の動作を制御するための第１通信システム３０Ａ、左の腕５の動作を制御するための第２通信システム３０Ｂ、右の脚６の動作を制御するための第３通信システム３０Ｃ、左の脚６の動作を制御するための第４通信システム３０Ｄ及び、頭部４の動作を制御するための第５通信システム３０Ｅが設けられている。図示省略するが、ロボット１には更に、腰部３の動作を制御するための第６通信システムなどが設けられてよい。

第１通信システム３０Ａは、通信ケーブル３１により互いに通信可能に接続された、図中に「Ｎ」で示す複数のノード３２（３２Ａ～３２Ｅ）を備えている。複数のノード３２（３２Ａ～３２Ｅ）は、胴体２及び右の腕５を構成するリンク（７～９）に分散して配置されている。第２通信システム３０Ｂは、第１通信システム３０Ａと左右対称の同様の構成とされている。第３通信システム３０Ｃは、胴体２、腰部３及び右の脚６を構成するリンク（３、１１、１２）に分散して配置された複数のノード３２を備えている。複数のノード３２は通信ケーブル３１により互いに通信可能に接続されている。第４通信システム３０Ｄは、第３通信システム３０Ｃと左右対称の同様の構成とされている。第５通信システム３０Ｅは、胴体２及び頭部４に分散して配置され、通信ケーブル３１により互いに通信可能に接続された複数のノード３２を備えている。

各通信システム３０は同様の制御システムとして構成されている。以下では、第１通信システム３０Ａを例に、構成及び制御について詳細に説明する。

第１通信システム３０Ａの胴体２に配置されたノード３２Ａは、自身の通信システム３０における他のノード３２Ｂ～３２Ｅに対して制御指令（コマンド）を生成し、制御指令を送信するホストノードとして機能する。ホストノード以外のノード３２Ｂ～３２Ｅは、第１肩関節２１から手関節２４までの関節の１つを制御する制御装置をそれぞれなし、ホストノードの制御指令に従って動作するエージェントノードである。

エージェントノードであるノード３２Ｂ～３２Ｅは、肩部７から前腕部９までのリンクに配置されている。エージェントノードのうちのいくつかは、胴体２又は手部１０に配置されてもよい。第１通信システム３０Ａは右の腕５の動作を協調して制御する。第１～第５の通信システム３０のそれぞれは、複数の関節を介して胴体２に直列に連結された複数のリンクからなるロボット１の各部を制御するノード３２が分散配置された分散制御システムをなしている。

第１通信システム３０Ａの通信ケーブル３１は、４つの関節（２１～２４）を通って胴体２から前腕部９に至るようにロボット１に敷設されている。通信システム３０においては、信号伝送方向が予め定められている。第１通信システム３０Ａでは、信号が、胴体２に設けられたホストノードをなすノード３２Ａから、肩部７に設けられたエージェントノードをなすノード３２Ｂ、上腕部８に設けられたノード３２Ｃ、前腕部９に設けられたノード３２Ｄ、ノード３２Ｅへ、この順に伝送され、ノード３２Ａに戻るように接続されている。本実施形態の通信ケーブル３１には光ファイバケーブルが使用され、光信号が通信ケーブル３１を伝送される。

第１通信システム３０Ａでは、ノード３２Ｂは第１肩関節２１を駆動する電動モータ２９を制御する。ノード３２Ｃは第２肩関節２２を駆動する電動モータ２９を制御する。ノード３２Ｄは肘関節２３を駆動する電動モータ２９を制御する。ノード３２Ｅは手関節２４を駆動する電動モータ２９を制御する。

図３は、図１に示す各ノードの構成図である。図３に示すように、各ノード３２は、演算処理部をなすＣＰＵ３４と、ネットワークコントローラ３５と、光受信デバイス３６と、光送信デバイス３７と、Ａ／Ｄ変換器３８と、図示しないメモリ（記憶装置）とを備えている。ネットワークコントローラ３５は、通信システム３０に沿って一方向にデータＤを送るように構成されている。

光受信デバイス３６は、上流側のノード３２から送出されて通信ケーブル３１を伝送される光信号を受信するデバイスであり、光信号を電気信号に変換する光電変換部３９と、光量Ｉを計測する光量計測装置４０とを備えている。光電変換部３９にて電気信号に変換されたデータＤはネットワークコントローラ３５に入力される。データＤの送信先が自ノードである場合、データＤはＣＰＵ３４によって利用される。

光量計測装置４０が計測した光信号の光量Ｉを示すアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器３８によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ３４に供給される。ＣＰＵ３４はデータＤを生成すると、ネットワークコントローラ３５にデータＤを送信する。ネットワークコントローラ３５は、ＣＰＵ３４から送信されたデータＤ及び、光受信デバイス３６から送信された他ノード宛てのデータＤを光送信デバイス３７に向けて送出する。

光送信デバイス３７は、ネットワークコントローラ３５から送出された電気信号を光信号に変換して送出するデバイスであり、電気信号を光信号に変換する電光変換部４１を備えている。電光変換部４１にて光信号に変換されたデータＤは通信ケーブル３１を介して下流のノード３２に向けて伝送される。

各ノード３２は、ホストノードから受信した制御指令に従って、或いはＣＰＵ３４によるソフトウェアを用いた演算処理により算出されたデータＤに基づいて、ハードウェアからなる対応する制御対象をそれぞれ制御する制御装置である。ハードウェアとは、電源に電気的に接続された電気装置であり、アクチュエータをなす電動モータ２９への供給電力を制御するドライバであってよい。ハードウェアは、この他、電磁弁や照明器具、電気素子、及びそれらのドライバ等であってもよい。

通信システム３０上を通信されるデータＤには、後述する制御部４４によりなされるハードウェアの通常制御に用いられる通常データと、制御部４４を介することなくハードウェアを制御するときに生成される割込データとの２種類がある。割込データは通常データに優先される。ここでは、２種類のデータＤの詳細な説明は省略する。必要であれば本出願人による特開２０１７－１７５２３１号公報を参照されたい。

データＤは、図４に示すような構造を有するパケット単位で、すなわちデータパケットとしてリングネットワーク上を送信される。図４に示すように、データＤを含むパケットは、先頭から順にヘッダ、データ部（データＤ）、トレーラ及びＣＲＣ（周期的冗長検査）を含むフレームにより構成される。ヘッダは、符号、パケット先頭（ＳＯＰ）、中継数（ＨＯＰ）及び送信元ノードＩＤ（ＳＩＤ）により構成される。トレーラは、パケット末尾（ＥＯＰ）、空きバッファサイズ（ＦＢＣ）、送信先ノードＩＤ（ＤＩＤ）及びパケット優先度（ＰＲＩ）により構成される。データ部は、大きさ（バイト）に制限がなく、一連の指令に必要なデータＤの全てを含む１塊として構成されてよい。或いは、データ部は、所定の大きさに制限され、一連の指令に必要なデータＤが所定の大きさよりも大きい場合に複数に分割されたデータＤのうちの１塊とされてもよい。

図５は各ノード３２の機能ブロック図である。図５に示すように、各ノード３２は、ハードウェアにより構成される上記のネットワークコントローラ３５と、ＣＰＵ３４による機能部であるソフトウェア駆動式のデータ生成部４３及び制御部４４とを有している。データ生成部４３は、ＣＰＵ３４によるソフトウェアを用いた演算処理を行い、他のノード３２に対して送信すべきデータＤや、データＤに付加すべき符号や優先度等のデータ関連情報（以下、データ情報ＤＩと称する）を生成する。データ生成部４３は、データＤを所定の繰り返しパターンに従って（例えば、所定時間おきに）生成するように構成されている。制御部４４は、少なくとも他のノード３２から送信されたパケットに含まれるデータＤに基づいてＣＰＵ３４によるソフトウェアを用いた演算処理を行い、電動モータ２９を駆動制御する。

各ノード３２では、通信システム３０の上流側から送信されたデータＤがネットワークコントローラ３５に入力される。ネットワークコントローラ３５は、データ分配器５１を有している。各ノード３２に入力したデータＤ（以下、入力データＤｉと称する）は、データ分配器５１によってデータ送信部５２及びデータ受信部５３のそれぞれに分配される。

データ生成部４３は、生成した他のノード３２に対するデータＤを送受信バッファ５４に書き込むとともにデータ情報ＤＩをデータ送信部５２に送信する。

データ送信部５２は、データ中継ブロック５５と、データ送信ブロック５６とを有している。データ中継ブロック５５は、データ分配器５１から分配された入力データＤｉが他ノードを送信先に含む場合に、入力データＤｉを中継データＤｒとして送信する。データ送信ブロック５６は、データ生成部４３が書き込んだデータ情報ＤＩに対応するデータＤを送受信バッファ５４から読み出し、生成データＤｐとして送信する。

データ受信部５３は、データ分配器５１から分配された入力データＤｉが自ノードを送信先に含み、受信すべき場合に、入力データＤｉを受信データＤｉｒとして受信して送受信バッファ５４に書き込む。またデータ受信部５３は、受信データＤｉｒのデータ情報ＤＩを制御部４４に送信する。送受信バッファ５４に書き込まれた受信データＤｉｒは、データ情報ＤＩに基づいて制御部４４によって読み出され、制御部４４に提供される。

データ中継ブロック５５から送信された中継データＤｒ及び、データ送信ブロック５６から送信された生成データＤｐは、出力切替部５７に入力される。出力切替部５７は、他ノードに対して送出するデータＤを、データ送信ブロック５６が送信した生成データＤｐとデータ中継ブロック５５が送信した中継データＤｒとで切り替え、送信データＤｏとして出力する。送信データＤｏがこのように切り替えられ、データＤが衝突することがないため、複数のノード３２が同時にリングネットワーク上にデータＤを送出することができる。

なお、全てのノード３２がこれらの機能の全てを有している必要はない。例えば、ホストノードであるノード３２Ａは、電動モータ２９の動作制御を行わないため、制御部４４が他のノード３２から受信した受信データＤｉｒに基づく電動モータ２９の動作制御を行わない。代わりにこのノード３２Ａでは、データ生成部４３が、他のノード３２に対するデータ送信要求又は、他のノード３２に対する電動モータ２９の駆動要求及びデータ送信要求を含む制御指令を含むデータＤを生成する。ホストノードは他のエージェントノードを制御する中央制御装置として機能する。

なお、これらの各部についての詳細な説明は割愛するが、必要であれば、本出願人による特開２０１７－１１５１９号公報及び特開２０１７－１７５２３１号公報を参照されたい。データ中継ブロック５５については以下で説明する。

図６に示されるように、データ中継ブロック５５では、エラー検出部６１が入力データＤｉの中継判定を行う。具体的には、エラー検出部６１は、データ情報ＤＩの自ノードＩＤ（ＳＩＤ）に基づいて、入力データＤｉが自ノードにより生成されたものであるか否かを判定する。また、エラー検出部６１は、中継数（ＨＯＰ）に基づいて、中継異常があるか否か、具体的には中継数がネットワーク上のノード数以上であるか否かを判定する。更に、エラー検出部６１は、入力データＤｉのＣＲＣの値をチェックし、この値が異常値であるか（エラー表示データが付加されているか）否かを判定する。エラー検出部６１は判定結果を中継制御部６２に出力する。このように、エラー検出部６１は、オンザフライ方式によるデータＤの出力中、異常データを検出する。

中継制御部６２は、エラー検出部６１の判定結果に基づき、入力データＤｉを中継し、又は破棄する。具体的には、入力データＤｉが自ノードにより生成されたものである場合には、中継制御部６２は、ネットワークのリングを１周回ったものとして入力データＤｉを破棄する。また、入力データＤｉの中継数がノード数以上である場合には、中継制御部６２は、入力データＤｉが異常データであると判断する。そして中継制御部６２は、入力データＤｉが破棄されるように、エラー表示データ及びアイドルデータの出力を指示する出力データ選択信号をデータセレクタ６３に供給する。ＣＲＣの値が異常値である場合にも、中継制御部６２は、入力データＤｉが異常データであると判断し、入力データＤｉが破棄されるように、エラー表示データ及びアイドルデータの出力を指示する出力データ選択信号をデータセレクタ６３に供給する。なお、中継制御部６２には、出力切替部５７（図５参照）から出力待ち信号Ｓｗが入力する。

一方、入力データＤｉが正常であり中継すべき中継データＤｒであることがエラー検出部６１により判定された場合には、中継制御部６２は、中継データＤｒの中継数をインクリメントし、データセレクタ６３に対するデータ選択制御を行う。また、中継制御部６２は、出力待ち信号Ｓｗに応じ、データ保持部６４に対するデータ入出力制御を行う。データセレクタ６３は、中継制御部６２の指令に従って、アイドルデータ、上記エラー表示データ及び入力データＤｉの中から１つを選択し、データ保持部６４に中継データＤｒを書き込む。出力待ち信号Ｓｗが中継制御部６２に入力しておらず、中継制御部６２がデータ出力の指令を出すと、データ保持部６４は保持している中継データＤｒを送信する。

データ中継ブロック５５の中継制御部６２は、上記所定の動作を行うようにプログラミングされたハードウェアにより構成される。中継制御部６２を構成するハードウェアとしては、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途向け集積回路）や、ＰＬＤ（Programmable Logic Device：プログラマブルロジックデバイス）、ＡＳＳＰ（Application Specific Standard Produce）等のハードウェア論理回路を利用することができる。ＡＳＩＣを利用する場合は、ゲートアレイ、ストラクチャードＡＳＩＣ等のマスタ・スライス型であってよく、セルベースＡＳＩＣ等のカスタム型であってもよい。また、ＰＬＤを利用する場合は、Simple ＰＬＤ及びＣＰＬＤ（Complex PLD）を含む狭義のＰＬＤであってよく、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を更に含む広義のＰＬＤであってもよい。ハードウェアは、好ましくはＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）である。

データ保持部６４から送信される中継データＤｒがエラー表示データを含んでいる場合、この中継データＤｒを受信したノード３２は、中継データＤｒの送信元（ＳＩＤ）に対応するノード３２の状態が異常であると判定する。つまり、各ノード３２は、この異常データを含む中継データＤｒを生成したノード３２が異常な状態にあることを判定することができる。

また、ホストノードであるノード３２Ａがこの中継データＤｒを受信した場合、ノード３２Ａは、異常データを含む中継データＤｒの送信元のノード３２に制御指令を送信しない。言い換えれば、ノード３２Ａは、異常データを含む中継データＤｒの送信元のノード３２以外のノード３２のみに制御指令を送信することで、関節の一部のみを駆動する縮退運転制御を、高応答を維持したまま実行することができる。

なお、本実施形態では、エラー検出部６１がデータ中継ブロック５５に設けられているが、他の実施形態では、エラー検出部６１が出力切替部５７に設けられてもよい。

次に、通信システム３０における通信ケーブル３１の異常の態様について、図２及び図７を参照して説明する。図２に示すように通信ケーブル３１が関節を通過するように配線されていることから、電動モータ２９によって関節が駆動されると、通信ケーブル３１が曲げられる。光ファイバーが急激な曲げ変形すると、光信号の伝送が阻害される。図７（Ａ）に示すように、そのようなトラブルが発生すると、通信ケーブル３１を通過する光量Ｉが急激に低下する。曲げ変形が更に進行し、光量Ｉが光通信可能な閾値Ｉ＿ｔｈまで低下すると、光信号からデータＤを読み取ることができなくなる。

一方、通信ケーブル３１は光信号の伝送を阻害するほどに曲げ変形しなくても、図７（Ｂ）に示すように、関節の稼働量（駆動角度の積算量）が増えるにつれて光ファイバーは耐久劣化する。このような耐久劣化により、通信ケーブル３１を通過する光量Ｉは徐々に低下する。関節の稼働が継続され、光量Ｉが光通信可能な閾値Ｉ＿ｔｈまで低下すると、光信号からデータＤを読み取ることができなくなる。

そこで、図３に示すように、各ノード３２のＣＰＵ３４は、光量計測装置４０によって計測された光信号の光量Ｉを監視し、光量Ｉに基づいて対応する通信ケーブル３１の状態を判定する。これにより、ノード３２は、通信ケーブル３１が断線する前に異常を検出することができる。よって、ロボット１は、後述するように、異常が発生した通信ケーブル３１が通過する関節以外の関節のみを駆動し、高応答を維持したまま縮退運転を実現することができる。

ＣＰＵ３４は、具体的には次のようにして通信ケーブル３１の状態を判定する。図８は、実施形態に通信システム３０における通信ケーブル３１の異常判定の説明図である。

図８に示すように、ＣＰＵ３４は、光量計測装置４０によって計測された光量Ｉの単位時間当たり減少量ΔＩ／Δｔを監視する。ＣＰＵ３４は、光量Ｉの単位時間当たり減少量ΔＩ／Δｔが所定の第１閾値ＴＨ１よりも大きいときに、対応する通信ケーブル３１の状態が異常であるとは判定する。これにより、ＣＰＵ３４は、光ファイバーの急激な曲げ変形に起因する通信ケーブル３１の異常を検出することができる。

また、ＣＰＵ３４は、光量計測装置４０によって計測された光量Ｉを監視し、光量Ｉが所定の第２閾値ＴＨ２よりも小さいときに、対応する通信ケーブル３１の状態が異常であると判定する。第２閾値ＴＨ２は光通信可能な閾値Ｉ＿ｔｈよりも所定量αだけ大きな値に設定されている。これによりＣＰＵ３４は、光ファイバーの耐久劣化に起因する通信ケーブル３１の異常を検出することができる。第２閾値ＴＨ２が光通信可能な閾値Ｉ＿ｔｈよりも大きな値に設定されていることにより、光信号からデータＤを読み取り不能になる前に、ＣＰＵ３４は通信ケーブル３１の異常を検出することができる。

このように各ノード３２は、対応する光量計測装置４０によって計測された光量Ｉに異常があった場合に、対応する通信ケーブル３１の状態が異常であることを判定することができる。

ＣＰＵ３４は、通信ケーブル３１の状態が異常であることを判定すると、データ生成部４３において、通信ケーブル３１の状態が異常であることを示すデータＤを生成し、ホストノードであるノード３２Ａに対してデータＤを送出する。ノード３２ＡはデータＤを受信すると、異常が発生した通信ケーブル３１が通過する関節を駆動しないように、それ以外の関節のみを駆動する縮退運転制御を実行する。これにより、ホストノードであるノード３２Ａは高応答を維持したまま縮退運転を実現することができる。以下に具体的に説明する。

図９は、実施形態に通信システム３０を用いたロボット１の制御方法の説明図である。図９に示すように、この例では、エージェントノードであるノード３２Ｂ～３２Ｅのうちノード３２Ｃにて通信ケーブル３１の異常が発生しており、ノード３２Ｃが通信ケーブル３１の異常を検出している（ステップＳＴ１）。すなわち、図２に示すように、通信ケーブル３１のうち、ノード３２Ｂからノード３２Ｃに光信号を伝送する部分の光ファイバーに異常が発生している。この光ファイバーは第２肩関節２２（図２参照）を通過しており、第２肩関節２２を駆動する電動モータ２９はノード３２Ｃによって制御されている。ノード３２Ｃは、通信ケーブル３１の異常を検出すると、通信ケーブル３１の異常を示すデータＤ（異常通知）を生成してホストノードであるノード３２Ａに送出する（ステップＳＴ２）。

ホストノードであるノード３２Ａは、ノード３２Ｃから通信ケーブル３１の異常通知を受信すると、第２肩関節２２を使用しない動作を生成する（ステップＳＴ３）。その後、ノード３２Ａは、エージェントノードであるノード３２Ｂに制御指令を送出する（ステップＳＴ４）。ノード３２Ｂは、自ノードに対する制御指令を受信すると、制御指令に基づいて電動モータ２９を制御する（ステップＳＴ５）。また、ノード３２Ａは、エージェントノードであるノード３２Ｄに制御指令を送出する（ステップＳＴ６）。ノード３２Ｄは、自ノードに対する制御指令を受信すると、制御指令に基づいて電動モータ２９を制御する（ステップＳＴ７）。更に、ノード３２Ａは、エージェントノードであるノード３２Ｅに制御指令を送出する（ステップＳＴ８）。ノード３２Ｅは、自ノードに対する制御指令を受信すると、制御指令に基づいて電動モータ２９を制御する（ステップＳＴ９）。

このようにホストノードであるノード３２Ａは、通信ケーブル３１の異常を示すデータＤを受信した場合、異常に関連するノード３２Ｃ（すなわち、異常な通信ケーブル３１が通過する関節を駆動するノード３２Ｃ）に制御指令を送信しない。言い換えれば、ノード３２Ａは、通信ケーブル３１の異常に関連するノード３２Ｃ以外のノード３２（３２Ｂ、３２Ｄ、３２Ｅ）のみに制御指令を送信することで、関節の一部のみを駆動する縮退運転制御を、高応答を維持したまま実行することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、ロボット１が人間型の歩行ロボットとして構成されている。一方、ロボット１は、多関節を有していればよく、人型以外のロボットや、移動手段として車輪や無限軌道、オムニホイール等の走行ユニットを備えたロボット、移動不能なロボットとして構成されてもよい。ロボット１は制御装置によってプログラムされた動作を行うように構成されている必要はなく、人の分身となって遠隔操作によって動作するアバターロボットであってもよい。

また、上記実施形態では、通信システム３０がリング状の通信ケーブル３１を備えるリングネットワーク通信システムとして構成されているが、バス型やスター型、メッシュ型など、他の構成を採っていてもよい。また、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、或いは、制御の手順など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更することができる。また、上記実施形態に示した各構成要素や手順は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１：ロボット
２：胴体（基体）
７：肩部（リンク）
８：上腕部（リンク）
９：前腕部（リンク）
１０：手部（リンク）
２１：第１肩関節
２２：第２肩関節
２３：肘関節
２４：手関節
２９：電動モータ（アクチュエータ）
３０：通信システム（リングネットワーク通信システム）
３０Ａ～３０Ｅ：第１～第５の通信システム
３１：通信ケーブル
３２：ノード（制御装置）
３２Ａ：ノード（ホストノード）
３２Ｂ～３２Ｅ：ノード（エージェントノード）
３４：ＣＰＵ
３５：ネットワークコントローラ
３６：光受信デバイス
３７：光送信デバイス
３８：Ａ／Ｄ変換器
３９：光電変換部
４０：光量計測装置
４１：電光変換部
４３：データ生成部
４４：制御部
５２：データ送信部
５３：データ受信部
５５：データ中継ブロック
５６：データ送信ブロック
５７：出力切替部
６１：エラー検出部
Ｄ：データ
ＤＩ：データ情報
Ｄｉ：入力データ
Ｄｉｒ：受信データ
Ｄｏ：送信データ
Ｄｐ：生成データ
Ｄｒ：中継データ
Ｉ：光量
ΔＩ／Δｔ：減少量
ＴＨ１：第１閾値
ＴＨ２：第２閾値

Claims

ロボットであって、
複数の関節を介して基体に直列に連結された複数のリンクと、
互いに連結された対応する対の前記リンクを相対変位させるべく前記関節を駆動する複数のアクチュエータと、
前記基体及び前記リンクに分散して配置され、前記アクチュエータを制御する複数の制御装置と、
前記制御装置を互いに接続し、情報を伝送する光ファイバーからなる通信ケーブルと、
前記通信ケーブルを介して前記制御装置に伝送される光信号の光量を計測する複数の光量計測装置と、を備え、
前記基体が胴体及び腰部を含み、
各制御装置が、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量を監視し、前記光量に基づいて対応する前記通信ケーブルの状態を判定し、
前記制御装置がリング状に形成されたリングネットワーク上に一方向にデータを送信するリングネットワーク通信システムのノードを構成し、
各ノードは、
他ノードに対して送出するべきデータを生成するデータ生成部と、
自ノードの前記データ生成部が生成したデータを生成データとして送信するデータ送信ブロック、及び、前記他ノードから送出されたデータを中継するべく中継データとして送信するデータ中継ブロックを有するデータ送信部と、
前記他ノードに対して送出するデータを、前記データ送信ブロックが送信した前記生成データと前記データ中継ブロックが送信した前記中継データとで切り替え、送信データとして出力する出力切替部と、
前記他ノードから送出されたデータを受信データとして受信するデータ受信部とを備え、
各ノードの前記データ送信部及び前記出力切替部の少なくとも一方は、オンザフライ方式によるデータの出力中に異常データを検出するエラー検出部を有し、
各ノードは、対応する前記エラー検出部が前記異常データを検出したときに、前記異常データの送信元ノードの状態が異常であると判定し、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量に異常があった場合には対応する前記通信ケーブルの状態が異常であると判定し、
各ノードは、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量に基づいて対応する前記通信ケーブルの状態が異常であると判定したときに、前記通信ケーブルの異常を示すデータを送出し、
前記ノードの少なくとも１つは、前記胴体に設けられ、前記他ノードに対して対応する前記アクチュエータの制御指令を送信するホストノードであり、前記ホストノードは、前記通信ケーブルの異常を示すデータを受信した場合、異常が検出された前記通信ケーブルが通過する関節を駆動する前記ノードに前記制御指令を送信しないことを特徴とするロボット。
各制御装置が、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量の単位時間当たり減少量が所定の第１閾値よりも大きいときに、対応する前記通信ケーブルの状態が異常であるとは判定する請求項１に記載のロボット。
各制御装置が、対応する前記光量計測装置によって計測された前記光量が所定の第２閾値よりも小さいときに、対応する前記通信ケーブルの状態が異常であると判定する請求項１又は請求項２に記載のロボット。