特開 2022-184307 ロボットの制御信号の監視装置および監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022184307

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】ロボットの制御信号の監視装置および監視方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 11/07 20060101AFI20221206BHJP

【ＦＩ】

G06F11/07 157

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092076

(22)【出願日】2021-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】岡田 厚志

(72)【発明者】

【氏名】酒井 竜児

(72)【発明者】

【氏名】川田 進也

【テーマコード（参考）】

5B042

【Ｆターム（参考）】

5B042GB07

5B042JJ21

(57)【要約】

【課題】ウォッチドッグタイマが正常に機能しているかどうかを確認することができるロボットの制御信号の監視装置および監視方法を提供する。
【解決手段】ロボットの制御信号の監視装置１００は、ロボットを駆動制御するＣＰＵ１０２と、ＣＰＵ１０２の動作を監視するウォッチドッグタイマ１０４と、ＣＰＵ１０２から出力される駆動信号とウォッチドッグタイマ１０４のタイマ出力とが入力されるＡＮＤゲート１０６と、ＣＰＵ１０２から出力されるマスク信号とＡＮＤゲート１０６の出力とが入力されてロボットの制御信号を出力するＯＲゲート１０８と、ＯＲゲート１０８の出力をＣＰＵ１０２に入力するフィードバック回路１１０とを備え、マスク信号は、ウォッチドッグタイマ１０４が停止しているときにもロボットの動作を継続させる信号であることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットを駆動制御するＣＰＵと、
前記ＣＰＵの動作を監視するウォッチドッグタイマと、
前記ＣＰＵから出力される駆動信号と前記ウォッチドッグタイマのタイマ出力とが入力されるＡＮＤゲートと、
前記ＣＰＵから出力されるマスク信号と前記ＡＮＤゲートの出力とが入力されて前記ロボットの制御信号を出力するＯＲゲートと、
前記ＯＲゲートの出力を前記ＣＰＵに入力するフィードバック回路と、
を備え、
前記マスク信号は、前記ウォッチドッグタイマが停止しているときにも前記ロボットの動作を継続させる信号であることを特徴とするロボットの制御信号の監視装置。

【請求項2】

請求項１に記載のロボットの制御信号の監視装置を用いた監視方法であって、
前記ＣＰＵは、
前記マスク信号を出力して前記制御信号の出力を維持しながら、
前記ウォッチドッグタイマに周期的に出力するタイマクリア信号を停止し、
前記ウォッチドッグタイマのタイムアウトを待ち、
前記ウォッチドッグタイマがタイムアウトした後に前記マスク信号を停止し、
前記フィードバック回路から入力された前記制御信号が停止するか否かによって前記ウォッチドッグタイマの動作を確認し、
前記ウォッチドッグタイマが正常に動作していないときはエラーフラグをセットし、
前記タイマクリア信号の出力を再開して前記制御信号の出力を維持することを特徴とするロボットの制御信号の監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットを駆動制御するＣＰＵの動作を監視するウォッチドッグタイマを備えたロボットの制御信号の監視装置および監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一例としてロボットの制御信号の監視装置は、ロボットを駆動制御する駆動信号を出力するＣＰＵと、ＣＰＵの動作を監視するウォッチドッグタイマとを備える。ＣＰＵは、ウォッチドッグタイマに対してタイマをリセットするタイマクリア信号を一定周期毎に出力する。ウォッチドッグタイマは、タイマが一定周期でリセットされない場合、ＣＰＵの動作が異常と判定してタイムアウトを示すタイマ出力を行う。この監視装置は、ウォッチドッグタイマからタイムアウト出力が行われると、ＣＰＵから出力される駆動信号を遮断することにより、ロボットを安全に制御する。

【0003】

ここで、ＣＰＵの動作が異常であるとき、ウォッチドッグタイマを用いてＣＰＵの駆動信号を遮断する構成において、駆動信号を遮断する回路が正常に動作するかを診断する技術が知られている（例えば特許文献１）。

【0004】

特許文献１のエアバッグシステムは、外部スイッチング素子の駆動許可を与えるサブＣＰＵと、外部スイッチング素子および内部スイッチング素子を駆動するメインＣＰＵと、異常時にリセット処理を行うウォッチドッグタイマ回路と、内部スイッチング素子を含むＩＣを備える。

【0005】

特許文献１では、メインＣＰＵが外部スイッチング素子を駆動する前に、ＩＣが、ウォッチドッグタイマ回路を経由せずに、メインＣＰＵから内部スイッチング素子を停止させるマスク入力信号を受信し、サブＣＰＵに内部スイッチング素子が停止したことを伝えるマスク出力信号を発信した後、外部スイッチング素子の駆動チェックを行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４１０３６４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし特許文献１では、外部スイッチング素子の駆動チェックの際、ウォッチドッグタイマ回路を介さずにマスク信号を用いているため、ウォッチドッグタイマ回路自身が正常に機能しているかどうかを確認することができない。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑み、ウォッチドッグタイマが正常に機能しているかどうかを確認することができるロボットの制御信号の監視装置および監視方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明にかかるロボットの制御信号の監視装置の代表的な構成は、ロボットを駆動制御するＣＰＵと、ＣＰＵの動作を監視するウォッチドッグタイマと、ＣＰＵから出力される駆動信号とウォッチドッグタイマのタイマ出力とが入力されるＡＮＤゲートと、ＣＰＵから出力されるマスク信号とＡＮＤゲートの出力とが入力されてロボットの制御信号を出力するＯＲゲートと、ＯＲゲートの出力をＣＰＵに入力するフィードバック回路とを備え、マスク信号は、ウォッチドッグタイマが停止しているときにもロボットの動作を継続させる信号であることを特徴とする。

【0010】

上記構成では、ウォッチドッグタイマを停止させるとタイマ出力はＬｏｗになり、駆動信号がＨｉｇｈでもＡＮＤゲートの出力はＬｏｗになって、ＯＲゲートに入力される。しかし、ＯＲゲートに入力されるＣＰＵのマスク信号をＨｉｇｈにすることによって、ウォッチドッグタイマが停止しているときも（ＡＮＤゲートの出力がＬｏｗであっても）、ＯＲゲートの出力（ロボットの制御信号）をＨｉｇｈにすることができ、ロボットの動作を継続することができる。

【0011】

そして、ウォッチドッグタイマが停止しているときに、マスク信号もＬｏｗにすると、ロボットの制御信号はＬｏｗになる。ところがロボットは、仮に制御信号が途絶えても、短時間であれば反応しないリレーを用いることにより、動作を継続することができる。

【0012】

そこで本発明では、ロボットが動作を継続できる程度に制御信号を短時間停止させることにより、ロボットの動作を止めずにウォッチドッグタイマの動作を確認することができる。さらに、ウォッチドッグタイマをタイムアウトさせた状態において、ＯＲゲートに入力されるＣＰＵのマスク信号をＬｏｗにすることによって、ＯＲゲートの出力がＬｏｗであれば、ウォッチドッグタイマが正常に機能していることを確認することができる。

【0013】

上記課題を解決するために、本発明にかかるロボットの制御信号の監視方法の代表的な構成は、上記のロボットの制御信号の監視装置を用いた監視方法であって、ＣＰＵは、マスク信号を出力して制御信号の出力を維持しながら、ウォッチドッグタイマに周期的に出力するタイマクリア信号を停止し、ウォッチドッグタイマのタイムアウトを待ち、ウォッチドッグタイマがタイムアウトした後にマスク信号を停止し、フィードバック回路から入力された制御信号が停止するか否かによってウォッチドッグタイマの動作を確認し、ウォッチドッグタイマが正常に動作していないときはエラーフラグをセットし、タイマクリア信号の出力を再開して制御信号の出力を維持することを特徴とする。

【0014】

上記のように、ＣＰＵは、ウォッチドッグタイマのタイムアウトを待ってマスク信号を停止して、制御信号が停止したことを以て、ウォッチドッグタイマの動作を確認するという手順を実行する。このため上記構成によれば、ウォッチドッグタイマが正常に機能していることを確認することができ、さらに正常に動作していないときはエラーフラグをセットすることで、エラー処理を行う必要があることも確認することができる。なお、制御信号を生成するＡＮＤゲートやＯＲゲートの異常も検出することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ウォッチドッグタイマが正常に機能しているかどうかを確認することができるロボットの制御信号の監視装置および監視方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態におけるロボットの制御信号の監視装置の機能を示すブロック図である。

【図2】図１の監視装置の各部の出力を例示するタイミングチャートである。

【図3】図２のタイミングチャートの各タイミングでの動作説明を示す図である。

【図4】図１の監視装置の各タイミングでの処理を含むフローチャートである。

【図5】図１の監視装置の他の各タイミングでの処理を含むフローチャートである。

【図6】図１の監視装置の駆動信号をＯＦＦにする処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0018】

図１は、本発明の実施形態におけるロボットの制御信号の監視装置（以下、監視装置１００）の機能の一部を示すブロック図である。監視装置１００は、ロボット（不図示）の制御信号を監視する装置であって、ロボットを駆動制御するＣＰＵ１０２と、ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）１０４とを備える。

【0019】

ＣＰＵ１０２は、ウォッチドッグタイマ１０４に対してタイマをリセットするタイマクリア信号を一定周期毎に出力する。ウォッチドッグタイマ１０４は、ＣＰＵ１０２の動作を監視する機能を有し、タイマが一定周期でリセットされない場合、ＣＰＵ１０２の動作が異常と判定してタイムアウトを示すタイマ出力を行う。

【0020】

ロボットの安全性を確保するためには、ＣＰＵ１０２の動作を監視するウォッチドッグタイマ１０４が正常に機能している必要がある。そこで監視装置１００では、ロボットが動作を継続できる程度にロボットを短時間停止させることにより、ロボットの動作を止めずにウォッチドッグタイマ１０４の動作を確認することができる構成を採用した。

【0021】

すなわち監視装置１００はさらに、遮断用ＡＮＤ（ＡＮＤゲート１０６）と、マスク用ＯＲ（ＯＲゲート１０８）と、フィードバック回路１１０とを有する。そしてＣＰＵ１０２は、図示のようにタイマクリア信号をＷＤＴ１０４に出力するだけでなく、駆動信号をＡＮＤゲート１０６に出力し、さらにマスク信号をＯＲゲート１０８に出力する。マスク信号は、後述するが、ウォッチドッグタイマ１０４が停止しているときにもロボットの動作を継続させる信号である。

【0022】

ＡＮＤゲート１０６には、図示のように、ＣＰＵ１０２から出力される駆動信号とウォッチドッグタイマ１０４のタイマ出力とが入力される。ＯＲゲート１０８は、ＣＰＵ１０２から出力されるマスク信号とＡＮＤゲート１０６の出力とが入力されて、ロボットの制御信号を出力する。フィードバック回路１１０は、ＯＲゲート１０８の出力である制御信号をＣＰＵにフィードバック入力する。

【0023】

以下、監視装置１００を用いたロボットの制御信号の監視方法について説明する。図２は、図１の監視装置１００の各部の出力（信号）を例示するタイミングチャートである。なお図中には、ＣＰＵ１０２から出力される駆動信号、タイマクリアおよびマスク信号と、ウォッチドッグタイマ１０４のタイマ出力と、ＡＮＤゲート１０６の出力と、ＯＲゲート１０８から出力される制御信号とが示され、さらに、各タイミングＴ１－Ｔ９が示されている。

【0024】

図３は、図２のタイミングチャートの各タイミングＴ１－Ｔ９での動作説明を示す図である。図４は、図１の監視装置の各タイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３での処理を含むフローチャートである。

【0025】

監視装置１００において、まず、ＣＰＵ１０２には、ＯＲゲート１０８の出力である制御信号がフィードバック回路１１０によりフィードバック入力される（ステップＳ１００）。つぎに、ＣＰＵ１０２は、図２のタイミングＴ１で制御信号がＬｏｗか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

【0026】

タイミングＴ１では、タイマ出力がＬｏｗ、駆動信号がＬｏｗであるため、ＡＮＤゲート１０６の出力がＬｏｗとなり、さらにマスク信号がＬｏｗである。このため、ＯＲゲート１０８の出力である制御信号はＬｏｗとなり、図３の診断内容に示すように、タイミングＴ１すなわち初期において、ロボットに制御信号が出力されていないことが診断される。したがってステップＳ１０２で制御信号がＨｉｇｈであれば（Ｎｏ）、エラー処理を行う（ステップＳ１０６）。

【0027】

ＣＰＵ１０２は、ステップＳ１０２で制御信号がＬｏｗであれば（Ｙｅｓ）、駆動信号を出力する（ステップＳ１０４）。ＣＰＵ１０２は、駆動信号を出力すると、タイミングＴ２で制御信号がＬｏｗか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

【0028】

タイミングＴ２では、タイマ出力がＬｏｗ、駆動信号がＨｉｇｈであるため、ＡＮＤゲート１０６の出力がＬｏｗとなるはずであり、さらにマスク信号がＬｏｗである。このため、ＯＲゲート１０８の出力である制御信号はＬｏｗとなり、図３に示すように、タイミングＴ２すなわちウォッチドッグタイマ１０４の起動以前において、ロボットに制御信号が出力されないことが診断される。したがってタイミングＴ２で制御信号がＨｉｇｈであれば（Ｎｏ）、エラー処理を行う（ステップＳ１０６）。

【0029】

ＣＰＵ１０２は、ステップＳ１０８で制御信号がＬｏｗであれば（Ｙｅｓ）、タイマクリア周期をクリアする（ステップＳ１１０）。ＣＰＵ１０２は、タイマクリア周期をクリアすると、テスト周期をクリアして（ステップＳ１１２）、さらにタイマクリアをＨｉｇｈとする（ステップＳ１１４）。

【0030】

ステップＳ１１４でタイマクリアがＨｉｇｈになると、図２に示すようにウォッチドッグタイマ１０４は起動して、タイマ出力がＨｉｇｈとなる。つぎに、ＣＰＵ１０２には、ＯＲゲート１０８の出力である制御信号がフィードバック入力される（ステップＳ１１６）。

【0031】

続いてＣＰＵ１０２は、図２のタイミングＴ３（ウォッチドッグタイマがタイムアウトしていないタイミング）で制御信号がＨｉｇｈか否かを判定する（ステップＳ１１８）。タイミングＴ３では、タイマ出力がＨｉｇｈ、駆動信号がＨｉｇｈであるため、ＡＮＤゲート１０６の出力がＨｉｇｈとなり、さらにマスク信号がＬｏｗである。このため、ＯＲゲート１０８の出力である制御信号はＨｉｇｈとなるはずであり、図３に示すように、タイミングＴ３すなわちウォッチドッグタイマ１０４を起動すると、ロボットに制御信号が出力されたと診断される。

【0032】

ＣＰＵ１０２は、ステップＳ１１８で制御信号がＨｉｇｈであれば（Ｙｅｓ）、処理を終了し、制御信号がＬｏｗであれば（Ｎｏ）、ステップＳ１０６のエラー処理を行い、処理を終了する。

【0033】

図５は、駆動信号がＯＮとなっている間にタイマクリア周期カウンタがタイマクリアタイミングを示した際に実行されるフローチャートである。まず、ＣＰＵ１０２は、ステップＳ２００においてタイマクリアがＨｉｇｈか否かを判定し、Ｈｉｇである場合（Ｙｅｓ）にはタイマクリアを反転してＬｏｗとする（ステップＳ２０２）。一方、タイマクリアがＬｏｗであった場合には（Ｓ２０２のＮｏ）、ＣＰＵ１０２は、タイマクリアを反転してＨｉｇｈにする（ステップＳ２０４）。

【0034】

ＣＰＵ１０２は、タイマクリアをＬｏｗにすると、テストタイミングか否かを判定し（ステップＳ２０６）、テストタイミングであれば（Ｙｅｓ）、図２のタイミングＴ４でマスク信号をＨｉｇｈにする（ステップＳ２０８）。タイミングＴ４では、タイマクリアが停止され、マスク信号がＨｉｇｈであるため、制御信号が強制的にＨｉｇｈになる。このため、図３に示すようにタイミングＴ４では、何ら診断せず、ウォッチドッグタイマ１０４の診断の準備段階となる。

【0035】

続いて、ＣＰＵ１０２は、図２のタイミングＴ５において予め設定されたウォッチドッグタイマ１０４のタイムアウトを待つ（ステップＳ２１０）。タイミングＴ５までは、図３に示すようにウォッチドッグタイマ１０４のタイムアウトを待つだけであり、診断を行わない。ＣＰＵ１０２は、ウォッチドッグタイマ１０４のタイムアウト時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ２１２）、タイムアウト時間が経過していないときは（Ｎｏ）、再びステップＳ２１０に戻る。

【0036】

タイムアウト時間を経過したタイミングＴ６においては、ウォッチドッグタイマ１０４がタイムアウトしてタイマ出力Ｌｏｗになり、遮断用ＡＮＤがＬｏｗになる。このときマスク信号が正しくＨｉｇｈであればマスクＯＲ出力もＨｉｇｈになるが、マスク信号がＬｏｗになっているとマスクＯＲ出力がＬｏｗになってロボットが停止してしまう。このことから、ロボットが動作継続していることをもって、ＣＰＵ１０２によるマスク信号の出力が有効であることを判断することができる。

【0037】

ＣＰＵ１０２は、ステップＳ２１４で制御信号がＨｉｇｈであれば（Ｙｅｓ）、図２のタイミングＴ７でマスク信号をＬｏｗにする（ステップＳ２１８）。タイミングＴ７では、図３に示すようにマスク信号をＬｏｗにすることで、ウォッチドッグタイマ１０４の診断を行う準備が整う。

【0038】

そしてＣＰＵ１０２には、マスク信号をＬｏｗにした後、ＯＲゲート１０８の出力である制御信号がフィードバック入力される（ステップＳ２２０）。ＣＰＵ１０２は、制御信号がフィードバック入力されると、図２のタイミングＴ８で制御信号がＬｏｗか否かを判定する（ステップＳ２２２）。

【0039】

ここで、ウォッチドッグタイマ１０４が正常であれば、タイムアウトして停止するとタイマ出力はＬｏｗになり、駆動信号がＨｉｇｈであってもＡＮＤゲート１０６の出力はＬｏｗになって、ＯＲゲート１０８に入力される。さらに、ステップＳ２１８でマスク信号がＬｏｗになっているため、ＯＲゲート１０８の出力である制御信号はＬｏｗとなるはずである。

【0040】

つまり、一方、ステップＳ２２２で制御信号がＬｏｗであれば（Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１０２は、ウォッチドッグタイマ１０４が正常に機能していることを確認することができる。他方、制御信号がＨｉｇｈであれば、ＣＰＵ１０２は、ウォッチドッグタイマ１０４が正常に機能せず、タイムアウトしないためにタイマ出力がＨｉｇｈになっているため、ステップＳ２１６でテストエラーフラグをセットする。

【0041】

またウォッチドッグタイマ１０４がタイムアウトしても、図２のタイミングＴ４でマスク信号をＨｉｇｈにすることによって、ＯＲゲート１０８の出力であるロボットの制御信号をＨｉｇｈにすることができ、ロボットの動作を継続することができる。一方、ロボットは、仮に制御信号が途絶えても、短時間であれば反応しないリレーを用いることにより、動作を継続することができる。

【0042】

このため、ＣＰＵ１０２は、ロボットが動作を継続できる程度に制御信号を短時間停止させる（タイミングＴ７からＴ９までの間を、ロボットが動作を継続できる所定時間未満にする）ことにより、ロボットの動作を止めずにウォッチドッグタイマ１０４の動作を確認することができる。なお、制御信号を生成するＡＮＤゲート１０６やＯＲゲート１０８の異常も検出することができる。

【0043】

続いてＣＰＵ１２０は、ステップＳ２２２で制御信号がＬｏｗであり、ウォッチドッグタイマ１０４が正常に機能していることを確認した後、または制御信号がＨｉｇｈであり、ステップＳ２１６でテストエラーフラグをセットした後、テスト周期をクリアする（ステップＳ２２４）。

【0044】

さらにＣＰＵ１０２は、図２に示すタイミングＴ９でタイマクリアをＨｉｇｈにして（ステップＳ２２６）、タイマクリア周期をクリアして（ステップＳ２２８）、処理を終了する。タイミングＴ９では、図３に示すようにタイマクリアを再開して、ウォッチドッグタイマ１０４を起動する。

【0045】

なお上記のステップＳ２０４の後は、図５に示すようにタイマクリア周期をクリアして（ステップＳ２２８）、テストを実行しない。また、ステップＳ２０６でテストタイミングでないとき（Ｎｏ）も同様に、タイマクリア周期をクリアして（ステップＳ２２８）、テストを実行しない。

【0046】

図６は、図１の監視装置１００の駆動信号をＯＦＦにする処理を示すフローチャートである。まず、ＣＰＵ１０２は、駆動信号をＯＦＦにして（ステップＳ３００）、さらにタイマクリアをＬｏｗにする（ステップＳ３０２）。つぎに、ＣＰＵ１０２は、図５のステップＳ２１６のエラーフラグがセットされているか否かを判定し（ステップＳ３０４）、一方、エラーフラグがセットされていると（Ｙｅｓ）、エラー処理を行って（ステップＳ３０６）、処理を終了する。他方、ステップＳ３０４でエラーフラグがセットされていないときは（Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

【0047】

このように監視装置１００では、駆動信号をＯＦＦにするときにもエラー処理を行うことができる。また、エラーフラグをセットすることで、エラー処理を行う必要があることを確認できるため、監視装置１００を停止して、再起動前に基板交換などの修理を行うことができる。

【0048】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明は、ロボットを駆動制御するＣＰＵの動作を監視するウォッチドッグタイマを備えたロボットの制御信号の監視装置および監視方法として利用することができる。

【符号の説明】

【0050】

１００…ロボットの制御信号の監視装置、１０２…ＣＰＵ、１０４…ウォッチドッグタイマ、１０６…ＡＮＤゲート、１０８…ＯＲゲート、１１０…フィードバック回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】