JP2878279B2

JP2878279B2 - シミユレーシヨン機能付数値制御装置

Info

Publication number: JP2878279B2
Application number: JP62196492A
Authority: JP
Inventors: 仁史塚崎; 雄策我妻
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-08-07
Filing date: 1987-08-07
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JPS6441905A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えばロボツト及び周辺機器等の被駆動部
を制御する数値制御装置に関し、特に、シミユレーシヨ
ン機能を備えた数値制御装置に関する。［従来の技術］従来の、例えばロボツト及びその周辺機器から構成さ
れる自動組立装置において、各制御対称物は、例えばキ
ーボード等から入力された動作プログラムに従い駆動さ
れる。これらのロボツト及び周辺機器を新規に開発する
段階で、若しくはプログラムを修正する場合等に、実際
に動かし、動作確認を行なう必要がある。しかし、プロ
グラムミス等があると、たとえこれらの被駆動部を低
速、且つ一動作毎に動かすようにしても、ロボツト等を
破損させてしまうおそれがある。そこで、従来では、プログラム解釈実行部から、その
まま位置指令を表示部に送り、図形表示していた。所
謂、シミユレーシヨン表示である。［発明が解決しようとしている問題点］しかしながら上記従来例におけるロボツト等のシミユ
レーシヨン表示では、位置指令に従つて図形表示する場
合に、始点及び終点位置を表示し、２点間の途中状態を
表示することが出来なかった。この欠点を解消するものとして、特開昭62−34207号
の「対話型数値制御装置」がある。この「対話型数値制
御装置」は、工作機械の移動を禁止するスイッチと、工
作機械を移動させることなく図形表示させるための仮想
的なサーボ系とを備え、２点間の途中状態を補間処理す
ることにより表示可能にしている。しかしながら、特開昭62−34207号の「対話型数値制
御装置」は、シミュレーションを行うコンピュータ内
に、移動状態を表示するための補間演算を行うためのプ
ログラム、実際の制御部と同じ被駆動部を制御する制御
プログラム、動作解釈部、そして位置データ部等をもつ
必要があり、それらの入力作業のわずらわしさや、CPU
の負荷増大という欠点があった。一般的に数値制御装置のCPUの負荷を減らすために、
複数の下位制御装置を１つの上位制御装置で管理する
「プログラミング装置付きDNCシステム」が、例えば、
特開昭62−92005号として提案されている。この「DNCシステム」は、下位制御装置側としてのNC
装置にプログラミング機能とシミュレーション機能とシ
ミュレーション結果の表示機能とを設定し、NC装置で作
成したプログラムを上位制御装置に伝送するようにして
いる。このために、NC装置には、シミュレーションプロ
グラムと、画像表示プログラムとが必要となり、上位制
御装置の負担は軽くなったものの、結果的に下位制御装
置側の負担は大きくなるという欠点を有していた。ま
た、下位制御装置には、既存のNC装置には一般的ではな
いシミュレーションプログラムや画像表示プログラムが
新規に必要となり、従って、数の多い下位制御装置にそ
のようなプログラムを新規に設けることのコストは大き
なものとなるという欠点を有していた。［問題点を解決するための手段］そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決するた
めに提案されたもので、上位制御装置と下位制御装置と
を有する数値制御装置において、この上位制御装置に画
像処理表示部を接続することにより、コスト増を抑え、
併せて、上位制御装置と下位制御装置と画像処理表示部
による効率的なシミュレーションを実現した数値制御装
置を提案することを目的とする。上記課題を達成するために、本発明に係る、１つまた
は複数の被駆動部を数値制御する１つまたは複数の下位
制御部と、前記１つまたは複数の下位制御部を統括管理
する上位制御部とを有した数値制御装置は、前記上位制御部に接続され、この上位制御部から渡さ
れた情報から画像を生成して図形表示する画像処理表示
部と、前記１つまたは複数の下位制御部を介して前記１つま
たは複数の被駆動部を、実際に駆動するモードと、仮想
的に動かすモードとのいずれかを選択する選択手段とを
備え、上記仮想モードにおいて、外部からの駆動指令を上位
制御部を介して前記１つまたは複数の下位制御部が受け
て、この下位制御部は、前記被駆動部が前記駆動指令に
仮想的に従った駆動の結果を示す情報を生成し、前記上
位制御部を介して前記生成された結果情報を前記画像処
理表示部に渡すことを特徴とする。［作用］上記構成によると、画像処理表示部が上位制御装置に
接続され、また、仮想モードにおいては、下位制御装置
は、上位制御装置から送られてきた駆動指令に仮想的に
従った駆動の結果を示す情報を生成して、前記上位制御
部に返し、上位制御装置はその生成された結果情報を画
像処理表示部に渡すようにしているので、下位制御装置
は既存のプログラムを利用することができ、また、上位
制御装置は、シミュレーション表示のための画像処理を
画像処理表示部に任すことができる。［実施例］以下に、この発明に係わるシミユレーシヨン付き数値
制御装置を、所謂ロボツト，ストツカ，エレベータ，バ
ツフアからなる自動組立／部品供給装置に適用した実施
例の構成を添付図面を参照して、詳細に説明する。〈実施例の構成〉この自動組立／部品供給装置10は、：複数の部品から所定の製品を自動的に組立るための
XY型の自動組立装置（以下、単にロボツトと呼ぶ。）12
と、：このロボツト12に部品を供給するストツカ24であつ
て、複数個の部品を平面上に収容したパレツトｐの複数
個を棚状に積層収納し、その複数個のパレツトｐのなか
から組立工程に合致した部品を収容するパレツトｐを前
記ロボツト12の指示により選択し、この選択されたパレ
ツトｐをパレツトｐの引き出し位置154に引き出すため
のストツカ24と、：このストツカ24に収納されているパレツトｐの部品
がなくなる場合に備えて、部品を満載したパレツトｐを
台52上に複数個積層して貯蔵するバツフア22であつて、
ロボツト12から要求されたパレツトｐを、分離部材66,6
8により積層されたパレツトｐから、分離するバツフア2
2と、：バツフア22で分離されたパレツトｐを受け取つて、
空になつたパレツトｐ′のストツカ24内の棚位置まで上
下動をすることにより移動し、そこで、空パレツトｐ′
と新たなパレツトｐとを入れ替えるエレベータ26と、：入れ替えられた空パレツトｐ′を積載して搬出する
搬出機構76と、：バツファ22に外部から新たなパレツトｐを補充する
無人車20と、：第１図には不図示ではあるが、マニユアルで上記ロ
ボツト，ストツカ等に対して動作を指示するためのテイ
ーチングペンダント10と、：上記ロボツト，ストツカ等のシミユレーシヨン動作
を表示するための画像処理表示装置18等からなる。なお、ロボツト12のフインガー220は、引き出し部154
上に引き出されたパレツトｐから部品を１つずつ取り出
して、組立台224上で、部品を１つずつ組上げて、製品
に仕上げる。上記制御対象となる各機能要素を制御する制御装置は
16は、第２図に示すように、６枚のマイクロプロセサボ
ードから構成される。ボード302は、ロボツト用のサー
ボ関係の制御を行なうサーボブロツクのボードであり、
ボード303はストツカ用のそれ、ボード304はエレベータ
用のそれ、ボード305はバツフア用のそれである。I/Oブ
ロツクボード306は、ロボツト，ストツカ，エレベー
タ，バツフア内で使用される種々のセンサ及びソレノイ
ドに対して入出力を行なうためののボードであり、この
一枚で、上記４つの機能単位のI/O制御をまとめて行
う。メインブロツクボード301は、ロボツト言語の解
釈、そして、画像処理表示装置18並びにテイーチングペ
ンダント10とのインターフエースを行なうマイクロプロ
セサボードである。これら６枚のマイクロプロセサボー
ドは、周知のシステムバス300により結合される。この
システムバス300には、例えばマルチバス（米国インテ
ル社）,Zバス（米国ザイログ社）等が適用可能であり、
そのようなシステムバスを用いると、ユーザは物理層レ
ベルでのソフトウエアのインターフエースには関与しな
くとも、アプリケーシヨンレベルのみのプログラミング
を考慮するだけで済むというメリツトがある。第３図は、メインブロツクボードを中心にした接続関
係を示した図である。先ず、メインブロツク301内の構
成要素を説明すると、ある通信規約に従つてテイーチン
グペンダント10と通信を行なうRS232Cインターフエース
２と、メインブロツクボード301の主記憶であるローカ
ルメモリ３、そして、入出力装置18とのインターフエー
スを行なうインターフエース404、メインブロツクの制
御を行なうCPU5等によつて構成される。入出力装置18は、内部に投影変換等の画像処理機能を
有する画像処理部18aとCRT18bとを有する。各サーボブロツク302〜305は、メインブロツク301か
らの動作指令によつて、例えばモーター408a,408b及び
エンコーダ409a,409bの動作制御を行なつている。I/Oブ
ロツク306は、やはりメインブロツク301の動作指令によ
りソレノイドバルブSV411及びセンサS412等の制御を行
なつている。各ブロツクを制御しているメインブロツク
301は、共有バス300上の共有メモリ406を介してサーボ
ブロツク302等またはI/Oブロツク306に動作指令を行な
う。テイーチングペンダント10から入力された各機能ブロ
ツクのプログラムは、メインブロツク301を介して、共
有メモリ406の所定領域に格納される。第４図は、共有メモリ406の領域構成を示す。500は、
前記各ブロツクの制御プログラムを格納する領域、501
は、302〜306の各ブロツクとメインブロツク301とがそ
こを介して通信を行なうメイルボツクス（MB₁〜MB₅）で
ある。502は、システム全体がシミユレーシヨンモード
にあるか否かを示すシミユレーシヨンフラグ（SMフラ
グ）である。このフラグが“1"であると、シミユレーシ
ヨンモードであることを示す。第５図はプログラム領域501の階層図である。この領
域501には、ロボツトのサーボブロツク302に指令を行な
うプログラム513、‥‥バツフアのサーボブロツク305に
指令を行なうプログラム516、IOブロツク306に指令を行
なうプログラム517、テイーチングペンダント10からの
インターフエース415を介したデータ入出力を管理する
入出力ハンドラープログラム518、そして、個別のタス
クとして登録されやはりメモリ406に格納されているマ
ルチタスクオペレーテイングシステム519等である。即
ち、第２図，第３図に示した各々の下位の制御ブロツク
302〜306は、そのまま、513〜517のプログラムに示した
タスクとしての地位をもつ。〈実施例の動作の概略〉上記構成において、通常、実行モードにおいては、テ
イーチングペンダント10から入力されたプログラムによ
りメインブロツク301が命令を解釈し、下位サーボブロ
ツク、I/Oブロツクにシステムバス300を介し命令を出
す。命令を受けた各サーボブロツク、I/Oブロツクは命
令に従い各制御対象部をコントロールする。表示モード（シミユレーシヨンモード）においては、
各制御対象物は、実際には動作させず仮想的に動かすこ
とによりCRT上に描画する。すなわち、メインブロツク301は、テイーチングペン
ダント10からシミユレーシヨンモードが選択された場
合、下位サーボブロツク（302〜305）、I/Oブロツク306
に対し、以後の命令からはシミユレーシヨンモードであ
るという命令を出す。この後メインブロツク301は入力
されているプログラムを解釈し、下位に対して命令を出
す。シミユレーシヨンモードである命令を受けた下位サ
ーボブロツク（302〜305）,I/Oブロツク306は各制御方
式に従い補間演算を行い目標位置データを算出する。実
行モードでは、このデータを駆動系（408a,409a）に出
し制御をおこなつていたが、シミユレーシヨンモードで
は、駆動系を停止状態におき、算出された位置データ
に、制御対象物を判別出来る情報を付加し、システムバ
ス300を介し、メインブロツク301に帰す。位置データを
受け取つたメインブロツク301は、画像処理表示装置18
に情報を送る。画像処理表示装置18は、送られてきた情
報を基に、投影変換等の処理を行ないCRT18b上に補間演
算ごとの各制御対象物の状態を描画する。〈制御の詳細〉メインブロツク側の制御第６図を用いて、メインブロツク側の本実施例に係る
部分の制御を説明する。先ず、シミユレーシヨンモード
移行について説明する。ステツプS10でテイーチングペ
ンダント10からの入力を監視する。テイーチングペンダ
ント10からの入力があると、ステツプS20に進み、その
入力がシミユレーシヨン表示指令かを調べる。そうであ
るならば、ステツプS22に進んで、SMフラグ502をセツト
する。ステツプS24では各サーボブロツク,I/Oブロツク
に対し、シミユレーシヨンモードへの変更を指示する。
この変更指示を受けた各サーボブロツク等は、自身をシ
ミユレーシヨンモードに変更する。そして、メインブロ
ツク301は、テイーチングペンダント10からの次の入力
を待つ。こうして、シミユレーシヨンモードへの移行を
完了する。次に、移動動作指令に入力に対する処理を説
明する。テイーチングペンダント10から、いずれかのサーボブ
ロツクのサーボモータ（例えばロボツトサーボブロツク
302のモータ408a等）に対して、移動指令がテイーチン
グペンダント10から入力されたとすると、ステツプS10
ステツプS20ステツプS26に進む。ここで、入力され
た命令が移動動作指令であるかを調べる。そうであるな
らば、ステツプS26に進んで、その命令を分析し、例え
ば、どのサーボブロツクのどのサーボモータに対してで
あるか等を分析して、それらを、該当するサーボブロツ
ク（若しくは、I/Oブロツク）に送出する。この命令を受けたサーボブロツク側では、既にシミユ
レーシヨンモードに移行してあるから、サーボモータを
実際に駆動することなく、命令を実行して、移動座標の
軌跡をメインブロツク301側に出力する。この下位制御ブロツク側からの結果を入力したメイン
ブロツク側は、ステツプS10ステツプS12ステツプS1
4ステツプS16ステツプS18に進み、前述した画像処
理を行なつて表示する。メインブロツク301には、下位
のサーボブロツクから、次々と被駆動部の位置座標の軌
跡が送られてくるから、それらが画像処理されて表示さ
れることにより、例えばロボツトのアームの動いていく
様が、リアルタイムに表示されることになる。サーボ（I/O）ブロツク側の制御第７図を用いて、シミユレーシヨンモード移行指示を
メインブロツク301から受け取るところから説明する。
この場合は、ステツプS50ステツプS52ステツプS54
に進んで、当該下位ブロツクのシミユレーシヨンモード
フラグ（SMフラグ）をセツトする。次に、メインブロツクから移動指令をステツプS50で
受けると、ステツプS50ステツプS56ステツプS58に
進んで、この移動指令における最終移動目標の座標位置
を演算する。そして、ステツプ60で、サーボ系に対し
て、移動開始を指示し、ステツプS62で、最終目標位置
に到達したとサーボ系からの通知があるまで待つ。第８図は、第９図に示したサーボ系を制御する割込み
ルーチンである。この割込みルーチンは、第７図のステ
ツプS60で、移動開始が指示されると起動されるプログ
ラムタイマ（不図示）からのタイマ割込みにより一定周
期毎に起動されるものである。第９図は、例えばロボツトのアーム等のサーボ系の一
例を示すブロツク図である。第９図において、600は一
時目標位置計算部で、外部からの指令として、最終目標
位置までの移動量Ｌ（若しくは座標位置）と、移動速度
（加速区間から等速度区間に移行したときの最高速度
V_m）が与えられ、また加減速勾配を表わす加減速テーブ
ル601も与えられる。一時目標位置計算部600は、これら
のデータに基いて、所定の制御周期（第８図の割込み周
期）毎に、一時目標位置となるデジタル量を計算して、
サーボ機構602に与える。サーボ機構602は、ソフトウエ
アゲイン乗算部621、D/A変換器622、サーボモータ623、
ロータリーエンコーダ624及び駆動増幅器625とから構成
されている。そして、最終目標位置Ｌが入力されると、
その位置までの、加速区間，等速度区間，減速区間が設
定される。最終目標位置までの移動は次のようにして行
なわれる。即ち、最終目標位置までの間を、前記加減速
区間等における制御周期毎に分割して、その制御周期毎
に到達する位置を一時目標位置Z_Tとすると、この一時目
標位置Z_Tに、制御周期が経過する毎に、加減速パターン
値（テーブル601から与えられる）を加算して累積して
いき、最後には、Z_Tを最終目標位置に合致させるもので
ある。そして、各制御周期において、一時目標位置Z_Tと
現在のエンコーダ位置との間の誤差を演算し、この誤差
値をD/A変換して、サーボモータ623を駆動する。このサ
ーボ系の動作に該当する制御部分は、ステツプS86〜ス
テツプS90に記述されている。さて、第８図のステツプS60で、移動開始が指示され
ると、最初の割込みが発生して、第９図のステツプS70
が実行される。今は最初の割込みであるから、ステツプ
S72で、前述の加減速区間等が最終目標位置までの距離
の長さに応じて設定され、ステツプS74で、一時目標位
置Z_Tに、駆動対象となる例えばロボツトアームの現在位
置が移される。ここが始点となるからである。ステツプ
S76で、加減速パターンテーブル601からのパターン値が
一時目標位置Z_Tに加算される。尚、このパターン値は、
制御周期の回数に応じて変化するところのあらかじめ設
定されている数値である。ステツプS78では、シミユレーシヨンモード（SM）フ
ラグがセツトされているかを調べる。このフラグがセツ
トされていなければ、前述した通りのサーボ系の動作が
行なわれる。 SMフラグがセツトしていると、ステツプS80に進み、
当該被駆動部の識別コード及び一時目標位置Z_Tを、メイ
ンブロツク301に送出する送信データ内にセツトする。
ステツプS82では、これらをメインブロツク301に、シス
テムバス300を介して送出する。次の制御周期（第８図のルーチンが起動されるとき）
には、ステツプS70からステツプS76にジヤンプする。そ
して、ステツプS76で、一時目標位置Z_Tを加減速パター
ンに併せて漸増していく。この漸増されていく一時目標
位置Z_Tが次々にメインブロツク301に送出されていく
と、画像処理表示装置18によつて、被駆動部の軌跡がCR
T18b画面上に描かれることになる。尚、ステツプS80でセツトする識別コードは、第８図
の割込みルーチンが各サーボブロツク等で並行して実行
されて、画像処理表示装置18側で複数の被駆動部の駆動
状態が同時に表示されるように、画像処理表示装置18が
複数のデータを受けとつても区別認識できるようにする
ためである。〈実施例の効果〉以上説明した実施例によれば、作成したプログラムで
実際に制御対象物を動かすことなく、CRT上でそのプロ
グラムを確認出来るため、プロブラムミスを発見でき、
ミスによるロボツトの破損を防ぐことが出来る。又、各制御対象物の制御演算は、下位サーボブロツク
で行なうため、描画演算は、独立して行なえ、シミユレ
ーシヨンのスピードアツプがはかれる。さらに、実際の
制御プログラムを併用するため、シミユレーシヨン用の
ボードあるいは、プログラムを大幅に追加することな
く、プログラムの確認ができる。尚、本実施例は、直交座標ロボツトを示したが他の多
関節ロボツト、例えばSCALAR型の場合も同様である。［発明の効果］以上説明したように、本発明のシミュレーション機能
付数値制御装置によれば、画像処理表示部が上位制御装
置に接続され、また、仮想モードにおいては、下位制御
装置は、上位制御装置から送られてきた駆動指令に仮想
的に従った駆動の結果を示す情報を生成して、前記上位
制御部に返し、上位制御装置はその生成された結果情報
を画像処理表示部に渡すようにしているので、下位制御
装置は既存のプログラムを利用することができ、また、
上位制御装置は、シミュレーション表示のための画像処
理を画像処理表示部に任すことができる。このプラグラミングの精度をあげると共に、シミュレ
ーションの為のコストアツプを防止できるという具体的
な効果がある。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明を実施した自動組立／供給装置の構成
図、第２図は、第１図実施例装置における制御部内のボード
構成を示す図、第３図は、画像処理表示装置18、メインブロツク301、
下位制御ブロツク等の間の接続を示す図、第４図は、共有メモリ406内の構成を示す図、第５図は、共有メモリ内におけるプログラム階層図、第６図は、メインブロツクにおける実施例に係る制御の
プログラムフローチヤート、第７図，第８図は、各サーボブロツク若しくはI/Oブロ
ツクにおける間における実施例に係る制御のプログラム
フローチヤート、第９図は、実施例におけるサーボ系の回路ブロツク図で
ある。図中、10……テイーチングペンダント、12……ロボツ
ト、18……画像処理表示装置18、16……制御ユニツト、
22……バツフア、24……ストツカ、26……エレベータ、
20……無人車、220……フインガー、66,68……分離部
材、76……搬出機構、154……引き出し部、224……組立
台、300……システムバス、301……メインブロツク301
ボード、302〜305……サーボブロツクボード、306……I
/Oブロツクボード、402,404……インターフエース、403
……ローカルメモリ、405……CPU、406……共有メモ
リ、408a,408b……サーボモータ、409a,409b……エンコ
ーダ、411……ソレノイドバルブ、412……センサ、415
……RS232C、500……プログラム領域、501……メイルボ
ツクス領域、502……シミユレーシヨンモードフラグ、5
13……ロボツト用サーボブロツクタスク、514……スト
ツカ用サーボブロツクタスク、515……エレベータ用サ
ーボブロツクタスク、516……バツフア用サーボブロツ
クタスク、517……I/Oブロツクタスク、518……入出力
装置用ハンドラータスク、519……OS、600……一時目標
位置計算部、601……加減速パターンテーブル、602……
サーボ機構602、621……ソフトウエアアゲイン乗算部、
622……D/A変換器、623……サーボモータ、624……ロー
タリーエンコーダ624、625……駆動増幅器である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−68610（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−34207（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−92005（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−43706（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−136340（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−82310（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/4061 - 19/4069

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．１つまたは複数の被駆動部を数値制御する１つまた
は複数の下位制御部と、前記１つまたは複数の下位制御
部を統括管理する上位制御部とを有した数値制御装置に
おいて、前記上位制御部に接続され、この上位制御部から渡され
た情報から画像を生成して図形表示する画像処理表示部
と、前記１つまたは複数の下位制御部を介して前記１つまた
は複数の被駆動部を、実際に駆動するモードと、仮想的
に動かすモードとのいずれかを選択する選択手段とを備
え、上記仮想モードにおいて、外部からの駆動指令を上位制
御部を介して前記１つまたは複数の下位制御部が受け
て、この下位制御部は、前記被駆動部が前記駆動指令に
仮想的に従った駆動の結果を示す情報を生成し、前記上
位制御部を介して前記生成された前記結果情報を前記画
像処理表示部に渡すことを特徴とするシミュレーション
機能付数値制御装置。２．前記仮想モードにおいては、被駆動部の駆動が禁止
される事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のシ
ミュレーション機能付数値制御装置。