上記特許文献1のシステムでは、例えばロボットの溶接トーチの先端等、制御点の移動速度を指定して制御することができる。しかし、ロボットの制御点の移動速度を制御しても、ポジショナによるワークの移動速度と、ロボットの制御点の移動速度との相対速度である加工点速度が変動し、作業品質が低下する虞がある。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、加工点速度を均一にして作業品質を向上させることができるロボットシステムの制御方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明のロボットシステムの制御方法は、ロボットと該ロボットによって加工されるワークを保持するポジショナとを備えたロボットシステムの制御方法であって、前記ワークの加工点を始点から終点まで移動させるための前記ロボットの制御点及び前記ポジショナの移動量を算出する工程と、前記制御点と前記ワークとの相対速度である加工点速度を任意の値に設定し、該加工点速度と前記始点から前記終点までの前記加工点の移動距離とに基づいて前記加工点の移動時間を算出する工程と、前記制御点及び前記ポジショナの前記移動量をそれぞれ前記移動時間で移動させる前記ロボット及び前記ポジショナの出力を算出する工程と、を有することを特徴とする。
本発明のロボットシステムの制御方法において、ロボットシステムを構成するロボット及びポジショナとしては、例えば6軸ロボット等の多軸ロボットや、例えば傾動軸及び回動軸を有する2軸のポジショナ等の多軸ポジショナを用いることができる。ロボットによるワークの加工としては、例えば、レーザ加工、溶接加工、シール加工等を例示することができる。ロボットシステムは、演算制御部としてのパーソナルコンピュータ(PC)、表示装置としてのモニタ、及び、入力装置としてのキーボード等を備えてもよい。
演算制御部は、例えば、ロボット及びポジショナの移動量、移動速度、及び出力、並びに、加工点速度、及び、加工点の移動時間等を算出し、ロボット及びポジショナを制御する。表示装置は、例えば、ロボットシステムのオフラインデータ作成時のモデルの画像や、種々のデータ等を表示する。入力装置は、例えば、演算制御部に種々のデータを入力するために使用される。
本発明のロボットシステムの制御方法では、まず、ワークの加工点を始点から終点まで移動させるためのロボットの制御点の移動量とポジショナの移動量とを算出する工程を実施する。具体的には、例えばPCのソフトウェアを用いて、ロボットシステムのオフラインティーチを行って加工パスを作成し、ワークの加工の始点と終点を設定する。なお、加工パスの始点と終点との間を複数のピッチに分割し、各ピッチに始点と終点を設定してもよい。
そして、ワークの加工点を始点から終点まで移動させるためのロボットの制御点の移動量を、例えばPCのソフトウェアを用いて算出する。ここで、ロボットの制御点は、例えば、ロボットの先端のエンドエフェクタ、例えば、レーザ照射部、溶接トーチ、シーリングノズル等のツールセンターポイントとすることができる。同様に、ワークの加工点を始点から終点まで移動させるためのポジショナの移動量を、例えばPCのソフトウェアを用いて算出する。以上により、ワークに加工の始点と終点が設定され、ロボット及びポジショナの各軸の必要動作が算出される。
次に、ロボットの制御点の移動速度とワークの移動速度との相対速度である加工点速度を任意の値に設定し、例えばキーボードによってPCのソフトウェアに入力する。加工点速度は、例えばロボットによるワークの加工の種類に応じて、良好な加工品質を得るのに適した速度に設定することができる。そして、設定した加工点速度と、始点から終点までの加工点の移動距離とに基づいて、加工点の移動時間を算出する。
最後に、前述の工程で算出したロボットの制御点の移動量とポジショナの移動量とを、それぞれ、前述の工程で算出した加工点の移動時間で移動させるのに必要なロボットの出力とポジショナの出力とを算出する工程を実施する。ロボットの出力は、例えば、ロボットの制御点の速度vtoolであり、例えばPCのソフトウェアを用いて、以下の式(1)に基づいて算出することができる。
なお、上記式(1)において、(x,y,z)は、ロボットの加工の始点、すなわち制御点の始点の座標である。(x´,y´,z´)は、ロボットの加工の終点、すなわち制御点の終点の座標である。Tは、ワークの加工の始点から終点まで移動する加工点の移動時間である。
ポジショナの出力は、例えばポジショナの各軸の出力であり、ポジショナが傾斜軸と回動軸の2軸を有する場合には、例えばPCのソフトウェアを用いて、以下の式(2)及び(3)に基づいて算出することができる。
なお、上記式(2)において、Arotは、ポジショナの回動軸の出力であり、Δθrotは、ポジショナの回動軸の回転の始点から終点までの角移動量であり、ωrotmaxは、ポジショナの回動軸の最大角速度である。また、上記式(3)において、Atiltは、ポジショナの傾動軸の出力であり、Δθtiltは、ポジショナの傾動軸の回転の始点から終点までの角移動量であり、ωtiltmaxは、ポジショナの傾動軸の最大角速度である。
本発明のロボットシステムの制御方法によれば、上記の各工程により求めたロボットの制御点の速度とポジショナの出力とを、例えばジョブ情報として出力することで、ロボットの制御点とワークとの相対速度である加工点速度を均一にして、作業品質を向上させることができる。
以下、本発明のロボットシステムの制御方法について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るロボットシステム100のブロック図である。図2は、図1に示すロボット10とポジショナ20の概略構成を示す模式図である。
本実施形態の制御方法は、ロボット10と該ロボット10によって加工されるワークWを保持するポジショナ20とを備えたロボットシステム100の制御方法である。ロボット10としては、例えば6軸ロボット等、垂直多関節型の多軸ロボットを用いることができる。また、ポジショナ20としては、単軸ポジショナ又は2軸以上の多軸ポジショナを用いることができる。
図2に示す例において、ロボット10は、ワークWに対してレーザクラッディングを行うためのエンドエフェクタとして、レーザ加工ヘッド11を備えている。レーザ加工ヘッド11は、レーザ光を生成するレーザ発振器12にホモジナイザ13を介して接続されている。また、レーザ加工ヘッド11は、金属粉末を供給する粉末フィーダ14に接続され、金属粉末とシールドガスをワークWに吹きつけながらレーザ光を照射して、ワークWの加工パスPに肉盛りする。
図2に示す例において、ポジショナ20は、ワークWを保持して移動させるワークテーブル21を備え、ワークテーブル21を傾動させる傾動軸21aと、ワークテーブル21を回転させる回動軸21bとを有する2軸のポジショナ20である。
ロボットシステム100は、図1に示すように、演算制御部30を備えることができる。演算制御部30は、ロボット10及びポジショナ20の移動量、移動速度、及び出力、並びに、加工点速度、及び加工点の移動時間等を算出し、ロボット10及びポジショナ20を制御する。演算制御部30としては、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)を用いることができる。また、ロボットシステム100は、表示装置としてのモニタ、及び、入力装置としてのキーボード等を備えることができる。
図3は、図2に示す加工パスPの始点Psと終点Peを示す模式図である。
ロボット10がエンドエフェクタとしてレーザ加工ヘッド11を備えている場合には、例えばレーザ加工ヘッド11の先端の収束レーザの収束点をロボット10のツールセンターである制御点CPとすることができる。ロボット10の制御点CPは、加工パスP上のワークWの加工点と重なるか、又は、僅かな間隔をあけて加工点に対向させることができる。
図4は、図1に示すロボットシステム100の制御方法のフロー図である。
本実施形態のロボットシステム100の制御方法では、まず、ワークWの加工点を始点Psから終点Peまで移動させるためのロボット10の制御点CPの移動量とポジショナ20の移動量とを算出する工程S1を実施する。
図5Aは、図3に示す加工パスPの始点Psと終点Peの一例を示す模式図である。図5Bは、加工パスPの1つのピッチpにおける加工点の移動量lの一例を示す模式図である。図5Cは、図5Bに示す加工点の移動量lを実現するための制御点CPの移動量Lとポジショナ20の移動量Rの一例を示す模式図である。
工程S1では、まず、例えばPCのソフトウェアを用いたオフラインティーチにより加工座標を指定する工程S11を実施して、加工パスPを作成することができる。加工パスPの始点Psと終点Peは、ワークWに対して要求される加工に応じて任意に設定することができる。また、加工パスPの始点Psと終点Peとの間は、複数のピッチpに分割することができる。この場合、各ピッチpは、それぞれ加工の始点psと終点peを有している。加工パスPの各ピッチpの始点psと終点peの座標は、例えばPCのソフトウェアを用いて算出した座標に指定することができる。
次に、図5Cに示すように、ワークWの加工点を加工パスPの各ピッチpの始点psから終点peまで移動させるためのロボット10の制御点CPの移動量Lとポジショナ20の移動量Rとを、例えばPCのソフトウェアを用いて算出する工程S12を実施する。その後、図4に示すように、加工点の移動時間を算出する工程S2を実施する。
工程S2では、ロボット10の制御点CPとワークWとの相対速度である加工点速度を任意の値に設定する。加工点速度は、例えばロボット10によるワークWの加工の種類に応じて、良好な加工品質を得るのに適した速度に設定することができる。加工点速度は、例えばキーボード等の入力装置を介して、PC等の演算制御部30に入力することができる。
そして、加工点速度と加工パスPの各ピッチpの始点psから終点peまでの加工点の移動距離lに基づいて、各ピッチpにおける加工点の移動時間Tを、例えばPCのソフトウェアを用いて算出する。その後、図4及び図5Cに示すように、ロボット10の制御点CPの移動量L及びポジショナ20の移動量Rを、前述の工程で算出した移動時間Tでそれぞれ移動させるためのロボット10の出力及びポジショナ20の出力を算出する工程S3を実施する。
この工程S3で算出するロボット10の出力は、例えば、ロボット10の制御点CPの速度vtoolであり、例えばPCのソフトウェアを用いて、以下の式(1)に基づいて算出することができる。
なお、上記式(1)において、(x,y,z)は、ワークWの加工パスの各ピッチpの始点psに対応するロボット10の制御点CPの始点の座標である。(x´,y´,z´)は、ワークWの加工パスの各ピッチpの終点peに対応するロボット10の制御点CPの終点の座標である。Tは、ワークWの加工パスの各ピッチpの始点psから終点peまで移動する加工点の移動時間である。
ポジショナ20の出力は、例えばポジショナ20の各軸の出力であり、ポジショナ20が傾動軸21aと回動軸21bの2軸を有する場合には、例えばPCのソフトウェアを用いて、以下の式(2)及び(3)に基づいて算出することができる。
なお、上記式(2)において、Arotは、ポジショナ20の回動軸21bの出力であり、Δθrotは、ポジショナ20の回動軸21bの回転の始点から終点までの角移動量であり、ωrotmaxは、ポジショナ20の回動軸21bの最大角速度である。また、上記式(3)において、Atiltは、ポジショナ20の傾動軸21aの出力であり、Δθtiltは、ポジショナ20の傾動軸21aの回転の始点から終点までの角移動量であり、ωtiltmaxは、ポジショナ20の傾動軸21aの最大角速度である。
最後に、上述の工程で算出したロボット10の出力vtool及びポジショナ20の出力Arot,Atiltを、図4に示すように、例えばPC等の演算制御部30からロボット10及びポジショナ20に対してジョブ情報として出力する工程S4を実施することができる。
以下、本実施形態のロボットシステム100の制御方法の作用について説明する。
図3に示すように、例えば曲面形状を有するワークWに対してレーザクラッド等の加工を施す場合には、ワークWの各加工点において入射エネルギーや加工点速度等のパラメータを均一に制御する必要がある。例えば、ワークの曲率半径の大きい部分等、曲面形状の変化が緩やかな部分では、ロボット10とポジショナ20の少なくとも一方の姿勢制御によって上記のパラメータを均一に制御することができる。しかし、ワークの曲率半径の小さい部分等、曲面形状の変化が急峻な部分では、設備の動作負荷の上限や、加工部位の傾斜量制限等の理由からロボット10とポジショナ20の双方を制御する必要が生じることがある。
しかし、従来の制御方法では、ロボットのエンドエフェクタに取り付けられたツールとワークとの間の角度を制御することはできても、ワークの加工点が加工パスの各ピッチを移動するときの加工点速度を制御できなかった。そのため、目視によるティーチング及び確認作業が必要になり、実作業に膨大な工数が必要となることから、必要な作業品質を確保するのが困難であった。この問題は、例えばオフラインティーチソフトによる2点間移動における各軸動作の演算を行うときに、ツールセンターである制御点の移動速度のみが指定可能であることに起因している。
これに対し、本実施形態では、ロボット10と該ロボット10によって加工されるワークWを保持するポジショナ20とを備えたロボットシステム100の制御方法において、前述の各工程S1,S2,S3,S4を実施している。
すなわち、図4に示す工程S12において、ワークWの加工点を始点psから終点peまで移動させるためのロボット10の制御点CPの移動量Lとポジショナ20の移動量Rとを算出する。次に、図4に示す工程S2において、制御点CPとワークWとの相対速度である加工点速度を任意の値に設定し、該加工点速度と始点psから終点peまでの加工点の移動距離lに基づいて加工点の移動時間Tを算出する。そして、図4に示す工程S3において、制御点CP及びポジショナ20の移動量L,Rを、それぞれ前述の工程S2で算出した移動時間で移動させるロボット10及びポジショナ20の出力を算出する。
このように、本実施形態のロボットシステム100の制御方法では、ツールセンターであるロボット10の制御点CPの移動速度とワークWの移動速度との相対速度である加工点速度を設定している。これにより、適切な加工点速度で加工パスPのピッチpの始点psから終点peまで加工点が移動したときの加工点の移動時間を求め、その移動時間でロボット10の各軸及びポジショナ20の各軸の動作が完了するように制御点CP及びポジショナ20の動作速度を算出することができる。そのため、予め作成した加工パスPにおいて、各ピッチpの始点psから終点peまでの加工点の移動時間が一定になるようにポジショナ20及びツールセンターであるロボットの制御点CPを制御することができる。
したがって、本実施形態のロボットシステム100の制御方法によれば、加工パスPにおける加工点速度が均一化され、加工点速度を一定に保つことができ、作業品質を従来よりも向上させることができる。
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。