JP2001306119A - 多軸機械の動作指令生成方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は、ロボットのハンドリング作業に動作
中に速度および経路にある程度余裕が持つ場合も、作業
端の動作速度を経路上一定とし経路上いずれかの軸の速
度が上限に達するとそれ以上動作速度が上げられなかっ
た。 【解決手段】 直線補間、円弧補間等の補間機能を有す
る多軸機械(31,32,33)において、教示点間を補間して生
成された各軸動作指令(35,36,37)と、教示点間を各軸の
最小動作で計算した各軸動作指令(34,37) を、指定する
割合で足し合わせる(38,39) ことから、多軸機械の動作
指令を生成する方法であり、その装置から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットやＮＣ
など多軸により構成され、補間演算制御機能を有する工
作機械の動作指令生成方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多くの多軸機械は作業軸に所望の
動作をさせるため、姿勢を含めた補間動作により、動作
経由点を演算し、各軸を制御する。すなわち、図９[ 従
来の補間方法の処理フロー図] に示すように教示データ
記憶部91に記憶されている各軸座標啓での教示位置を42
で直交座標系に座標変換 (順変換) し、補間演算部93に
おいて直交座標系で直線や円弧等の軌跡となるように動
作速度を考慮し、指令演算周期 (以下、『セグメント』
という) 毎の目標位置と姿勢を演算し、逆変換部94で目
標となる直交座標系での位置と姿勢を各軸座標系に座標
変換 (逆変換) する。補間演算の基本式を（式１）に示
す。 Ｐ(k) ＝Ｐs ＋（ｋ／Ｎ）×（Ｐe −Ｐs ）……………………（式１） ただし、Ｐs は始点位置を表すベクトル、Ｐe は終点を
表すベクトル、Ｐ(k) はＰs からＰe 間の任意の位置を
表すベクトル、ＮはＰs からＰe まで指定された動作速
度で移動させる場合に指令演算に必要なサンプル回数で
あり、動作速度、セグメントおよび移動距離から求めら
れる。ｋは整数であり、セグメント毎に０からＮまで１
づつ加算させることによって、セグメント毎に（１／
Ｎ）×（Ｐe −Ｐs ）を移動ベクトルとして出力するこ
とにより、Ｐ(k) が始点Ｐsから終点Ｐe までの間を指
定された速度で変化することになる。最後にセグメント
データ作成出力部95で前回の目標位置に対する各軸座標
データと差分（以下、『セグメントデータ』と称す）を
作成して、駆動系96に出力することで補間動作を実現し
ている［以下、『従来例』とという］。

【０００３】ところで、従来技術での参考となる文献と
して特開平7-287613号公報・軸速度決定方式の指令補間
方法が見られる。その目的は「数値制御装置での制御軸
の速度を決定する軸速度決定方式に関し、ある特定の制
御軸の速度を一定にするような直線補間及び円弧補間を
簡単なプログラミングで実行できるようにする」とし、
構成は「指定軸速度設定手段は、例えばＸ軸の速度を一
定速度Ｆx0にして、Ｘ軸の速度ベクトルＦx0" を設定す
る。方向ベクトル決定手段は、読み取った加工プログラ
ムの位置指令に基づいて方向ベクトルＶ”を決定する。
そして、多軸速度決定手段は、指定軸（Ｘ軸）の速度ベ
クトルＦx0" と方向ベクトルＶ”との基づいて、指定軸
以外の他の制御軸、例えばＺ軸の速度ベクトルを決定す
る。その結果、砥石またはワークは位置指令の基づいて
決定される方向ベクトルＶ”に沿って進み、その際に指
定軸（Ｘ軸）は設定された一定の速度で回転し、テーブ
ルを一定速度Ｆx0進ませる。」としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが従来例では、
ロボットのハンドリング作業のように動作中に速度およ
び経路にある程度余裕が持たせられる場合にも、作業端
の動作速度を経路上一定とするため、経路上で、いずれ
かの軸の速度が上限に達するとそれ以上動作速度が上げ
られなくなるという問題があった。ここにおいて本発明
の目的は、多軸機械の動作経路を最低限保持しながら、
実用上最短の動作時間を実現できる動作指令生成方法お
よび装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の請求項１の発明は、直線補間、円弧補間等
の補間機能を有する多軸機械の動作指令作成方法におい
て、教示点間を補間して生成された各軸動作指令と、前
記教示点間を各軸の最小動作で計算した各軸動作指令を
指定する割合で足し合わせることを特徴とする多軸機械
の動作指令生成方法である。かくして本発明の請求項１
の発明によれば、教示点間を補間して生成された各軸動
作指令と、教示点間を各軸の最小動作で計算した各軸動
作指令を軌道のずれの許容値まで、均等分割により払い
出される指令の割合を大きくした合成割合で合成するこ
とにより、実用上最短の動作時間をうることができると
いう特段の効果を奏する。

【０００６】本発明の請求項２の発明は、前記教示点間
を補間した場合の第１の動作時間と、前記教示点間を各
軸の最小動作で計算した場合の第２の動作時間を計算
し、前記第１の動作時間と前記第２の動作時間を指定す
る割合で足し合わせた値を用いて、前記教示点間の補間
と各軸最小動作経路計算を行うことを特徴とする請求項
１に記載の多軸機械の動作指令生成方法である。

【０００７】本発明の請求項３の発明は、前記教示点間
を補間した場合の軌道に対する前記教示点間を各軸の最
小動作で動作した場合の軌道のずれ距離で、前記教示点
間を補間した場合の軌道のずれ距離の許容値を除した値
を指定する割合とすることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の多軸機械の動作指令生成方法である。

【０００８】本発明の請求項４の発明は、多軸機械への
作業プログラムの教示手段としてのプログラムペンダン
トと、多軸機械へ動作等を指令する手段としての指令パ
ネルと、前記プログラムペンダントとの間でデータの授
受を行い、かつ前記指令パネルからの指令を受け入れ、
ここに記憶されている各座標系での教示位置を直交座標
へ順変換し、そのデータを送出するプログラム格納器と
を備えた直線や円弧等の補間機能を有する多軸機械にお
いて、入側・出側両データラインのインピーダンス調整
・絶縁を行い前記プログラム格納器からのデータを次段
の分割回数計算器へ受け渡すバッファと、そのバッファ
からの入力により経路上での補間を行う分割回数を計算
する分割回数計算手段と、この分割回数計算手段の一方
の出力から指令演算周期毎の各軸の位置データを移動角
度の均等分割で求める均等分割処理手段と、前記分割回
数計算手段の他方の出力から前記直交座標系で直線や円
弧等の軌跡となるように逆変換して前記指令演算周期毎
の目標位置と姿勢のデータを演算する補間演算手段と、
前記均等分割処理手段と前記補間演算手段とで求めた２
種類の前記データを指定された割合で足し合わせる指令
合成手段と、その指令合成手段の出力に基づきサーボモ
ータを制御するサーボ制御器とを備えたことを特徴とす
る多軸機械の動作指令生成装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図に基づい
て説明する。初めに説明を容易にするため、本発明の実
施の形態は２軸ロボットに関して述べる。多軸ロボット
においては、その２軸ロボットに関して以下に説明され
る事項を拡大して適用することが可能である。図１は、
平行四辺形リンク構造の垂直２軸ロボットの模式図であ
る。ロボットは２つの駆動軸により構成され、１は大地
に平行な軸回りに自由度を持つ第１軸、２は第１軸１回
りに駆動する第１腕、３は第１腕２の先端部に設けられ
第１軸１に平行な軸回りに自由度を持つ第２軸、４は第
２軸３回りに駆動する第２腕である。平行リンク５によ
り各軸独立した回転座標系を持つ。６は作業端を表す。

【００１０】図２は、ロボットの動作イメージを表す図
である。図３は、この実施の形態における処理フローで
ある。図２のように作業端を始点位置を表すベクトルＰ
s から終点を表すベクトルＰe に直線軌道で動作させる
場合、本発明では図３の処理フローにより、各軸の動作
指令が生成される。図３に示すように教示データ記憶部
31に記憶されている各軸座標系での教示位置を順変換部
32で直交座標系に座標変換 (順変換) し、分割回数演算
部33において経路上の分割回数を計算し、均等分割部34
では、指令演算周期つまりセグメント毎の各軸の位置を
移動角度の均等分割で求める。

【００１１】また、補間演算部35において、直交座標系
で直線や円弧等の軌跡となるように、セグメント毎の目
標位置と姿勢を演算する。補間演算部35での補間演算の
基本式は先の（式１）に同じである。逆変換部36では目
標となる直交座標系での位置と姿勢を各軸座標系に座標
変換（逆変換）し、セグメント毎の各軸位置を求める。
セグメントデータ作成部37では均等分割部34、逆変換部
36から出力されたデータからそれぞれセグメント毎の各
軸の動作角度データつまりセグメントデータを作成す
る。最後に指令合成部38ではセグメントデータ作成部37
からそれぞれ出力された2 種類のセグメントデータを指
定された割合で足し合わせる。これを駆動系39に出力す
ることで補間動作を実現する。

【００１２】以下、本発明の作用・効果について詳しく
説明する。図２のようなロボットを動作させた場合、従
来例の補間方法では、第１軸１には図10のような速度指
令、第２軸３には図11のような速度指令が出力される。
先端を一定速度で動作させるため、各軸の速度変化が大
きく、速度を高速に保っている時間が短い。合成割合を
50％にした場合の本発明の補間方法では、第１軸１には
図５のような速度指令、第２軸３には図６のような速度
指令が出力される。先端を一定速度で動作させるという
厳しい制約条件を緩めたため、各軸の速度変化は小さく
なり、速度を高速に保っている時間が長くなっている。
このため、動作時間も33セグメントから31セグメントに
短縮されている。

【００１３】図７は、合成割合を変化させた場合の軌跡
を表わしており、均等分割により払出される指令の割合
を大きくするほど、軌跡からずれていくのが分かる。ま
た、図８は、合成割合を変化させた場合の動作時間の変
化を表しており、均等分割により払い出される指令の割
合を大きくするほど、動作時間が短縮されていることが
分かる。つまり、軌道のずれの許容値まで、均等分割に
より払い出される指令の割合を大きくすれば、実用上最
短の動作時間を得ることができる。目安としては、教示
時間を補間した場合の軌道に対する教示点間を各軸の最
小動作で動作した場合のずれの距離で教示点間を補間し
た場合の軌道に対するずれの距離の許容値を除した値を
指定する割合とすれば良い。

【００１４】そして、本発明の具体的な実施の形態（ハ
ードウェア）としての回路構成を図４に示す。図４は直
線補間、円弧補間等の補間機能を有する多軸機械におけ
る、ある１軸についての回路の構成を表すブロック図で
ある。先ず、ロボットへの作業プログラムの教示手段と
してのプログラムペンダント42があり、またロボットへ
の始動停止等の動作指令を発するの指令パネル41があ
り、両者はロボット制御装置43のプログラム格納器44へ
データを入力してロボットを制御させるが、プログラム
ペンダント42は各軸サーボモータ48に設けた位置検出器
からの動作帰還検出信号をプログラム格納器44からアン
サーバックされ教示される。つまり、プログラム格納器
44はプログラムペンダント42との間でデータの授受を行
い、かつ指令パネル41からの指令を受け入れ、ここに記
憶されている各座標系での教示位置を直交座標へ順変換
し、そのデータを次へ送出する。次には入側・出側両デ
ータラインのインピーダンス調整・絶縁を行うバッファ
46を配置して、プログラム格納器44からのデータをさら
に次段の補間演算器46へ送る。

【００１５】補間演算器46では初めに分割回数計算器46
1 が設けられており、分割回数計算器461 ではそのバッ
ファからの入力により経路上での補間を行う分割回数を
計算する。分割回数計算器461 からの出力は２つに分か
れる。分割回数計算器461 の一方の出力は均等分割処理
器462 において、指令演算周期 (セグメント) 毎の各軸
の位置データを移動角度の均等分割で求めてセグメント
を生成する。また、前記分割回数計算器461 の他方の出
力から前記直交座標系で直線や円弧等の軌跡となるよう
に逆変換して前記指令演算周期 (セグメント) 毎の目標
位置と姿勢のデータを演算してセグメントを生成する。
このようして生成された２種類の前記データ（２つのセ
グメント）を指定する割合で足し合わせる指令合成器46
4 を備える。これからは、その指令合成器464 の出力に
基づき各軸のサーボモータ48を制御するサーボ制御器47
を経て、各軸のサーボモータ48が駆動され、サーボモー
タ48によって単一のマニピュレータ49が目標位置に指令
された姿勢を作る。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、教
示点間を補間して生成された各軸動作指令と、教示点間
を各軸の最小動作で計算した各軸動作指令を軌道のずれ
の許容値まで、均等分割により払い出される指令の割合
を大きくした合成割合で合成することにより、実用上最
短の動作時間をうることができるという特段の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される平行四辺形リンク構造の垂
直２軸ロボットの模式図

【図２】図１のロボットの動作イメージを示す図

【図３】本発明の実施の形態における補間方法の処理フ
ローを示す図

【図４】本発明の実施の形態における回路構成を示すブ
ロック図

【図５】本発明の実施の形態における補間方法による第
１軸の速度指令を示す図

【図６】本発明の実施の形態における補間方法による第
２軸の速度指令を示す図

【図７】本発明の実施の形態における補間方法によるロ
ボット先端の軌跡図

【図８】本発明の実施の形態の補間方法による動作時間
と合成割合（直線補間：均等分割）の関係直線図

【図９】従来例の補間方法の処理フローを示す図

【図１０】従来例の補間方法による第１軸の速度指令を
示す図

【図１１】従来例の補間方法による第２軸の速度指令を
示す図

【符号の説明】

１ 第１軸 ２ 第１腕 ３ 第２軸 ４ 第２腕 ５ 平行リンク ６ 作業端 31,41 教示データ記憶部 32,42 順変換部 33 分割回数変換部 34 均等分割部 35,43 補間演算部 36,44 逆変換部 37,45 セグメントデータ作成部 38 指令合成部 39,46 駆動系 41 指令パネル 42 プログラムペンダント 43 ロボット制御装置 44 プログラム格納器 45 バッファ 46 補間演算器 461 分割回数計算器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線補間、円弧補間等の補間機能を有す
   る多軸機械の動作指令作成方法において、 教示点間を補間して生成された各軸動作指令と、 前記教示点間を各軸の最小動作で計算した各軸動作指令
   を指定する割合で足し合わせることを特徴とする多軸機
   械の動作指令生成方法。
2. 【請求項２】 前記教示点間を補間した場合の第１の動
   作時間と、 前記教示点間を各軸の最小動作で計算した場合の第２の
   動作時間を計算し、 前記第１の動作時間と前記第２の動作時間を指定する割
   合で足し合わせた値を用いて、前記教示点間の補間と各
   軸最小動作経路計算を行うことを特徴とする請求項１に
   記載の多軸機械の動作指令生成方法。
3. 【請求項３】 前記教示点間を補間した場合の軌道に対
   する前記教示点間を各軸の最小動作で動作した場合の軌
   道のずれ距離で、前記教示点間を補間した場合の軌道の
   ずれ距離の許容値を除した値を指定する割合とすること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の多軸機械
   の動作指令生成方法。
4. 【請求項４】 多軸機械への作業プログラムの教示手段
   としてのプログラムペンダントと、 多軸機械へ動作等を指令する手段としての指令パネル
   と、 前記プログラムペンダントとの間でデータの授受を行
   い、かつ前記指令パネルからの指令を受け入れ、ここに
   記憶されている各座標系での教示位置を直交座標へ順変
   換し、そのデータを送出するプログラム格納器とを備え
   た直線や円弧等の補間機能を有する多軸機械において、 入側・出側両データラインのインピーダンス調整・絶縁
   を行い前記プログラム格納器からのデータを次段の分割
   回数計算器へ受け渡すバッファと、 そのバッファからの入力により経路上での補間を行う分
   割回数を計算する分割回数計算手段と、 この分割回数計算手段の一方の出力から指令演算周期毎
   の各軸の位置データを移動角度の均等分割で求める均等
   分割処理手段と、 前記分割回数計算手段の他方の出力から前記直交座標系
   で直線や円弧等の軌跡となるように逆変換して前記指令
   演算周期毎の目標位置と姿勢のデータを演算する補間演
   算手段と、 前記均等分割処理手段と前記補間演算手段とで求めた２
   種類の前記データを指定された割合で足し合わせる指令
   合成手段と、 その指令合成手段の出力に基づきサーボモータを制御す
   るサーボ制御器とを備えたことを特徴とする多軸機械の
   動作指令生成装置。