JP3086172B2 - 産業用ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ＮＣ言語を用いて切削加工を
行うようにされた産業用ロボットにおいて最適な座標変
換方法を適用した制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、バリ取り加工も含めた切削加工は
ＮＣ（数値制御）工作機械等の専用工作機械を用いて行
われてきた。しかし、近年ユーザーからのフレキシブル
な生産ラインへの要求拡大にともない、産業用ロボット
を用いた切削加工も行われるようになってきた。一般
に、産業用ロボットの動作はティーチングにより教示さ
れることが多く、このティーチングを行うためにはロボ
ット言語に精通している必要があった。しかし、従来か
らＮＣ工作機械を使用してきたユーザーには、ＮＣ言語
には精通しているがロボット言語の知識は有しないもの
が多く、これらのユーザーからは、切削加工される種々
の被加工物に対応可能なフレキシブルな生産システムの
構築のために、切削加工に関する動作制御についてはＮ
Ｃ言語を使用可能にして欲しいという要求が高まってき
た。そして、この要求に対処するために、ＮＣ言語を使
用可能にした種々の制御方法及び装置が開発されてき
た。

【０００３】産業用ロボットを用いた切削加工の利点
は、被加工物の設置面に対して水平方向あるいは垂直方
向以外の切り込み加工にも容易に適用可能な点にある。
例えば、３軸制御のＮＣ工作機械を使用した穴明け加工
においては、一般に切削方向（切り込み方向）は機械の
据え付け面に対して水平方向または垂直方向のどちらか
に限定される。その理由は、穴明け加工に使用されるド
リル等の切削工具の把持部材は機械の据え付け面に対し
て水平方向あるいは垂直方向のどちらかに固定されてい
る場合が多いことによる。しかし、産業用ロボットの場
合は、切削工具が取り付けられた手首軸はあらゆる方向
に動作可能にされているので、切削方向はロボット本体
の据え付け面に対して自在に設定できる。

【０００４】産業用ロボットを用いて切削加工を行う場
合、加工のほとんどは加工面に対して垂直方向か、ある
いは水平方向に切り込みを行うものである。ＮＣ言語を
使用して切削加工を動作制御する場合、切り込みの方向
すなわち切削方向は設定されている３軸の直交座標系の
いずれかの軸と平行であるほうがＮＣ言語プログラムを
作成しやすい。一般に産業用ロボットでは、３軸の直交
座標系の任意の一つの軸が被加工物の設置面に垂直な軸
と平行となるように直交座標系が設定され、これをワー
ク座標系としている。この３軸のワーク座標系におい
て、被加工物の設置面に垂直な軸以外の他の２軸がなす
平面は、被加工物の設置面と平行になることはいうまで
もない。

【０００５】被加工物の形状が直方体や平板の場合は加
工面が被加工物の設置面と平行であるかあるいは垂直と
なるので、加工面に対して垂直方向か、あるいは水平方
向に切り込みを行う加工については、被加工物の設置面
に対して設定された前述のワーク座標系をそのまま使用
すれば、ＮＣ言語プログラム中の切削を行わせる移動指
令が記載されたプログラムブロックは、ワーク座標系の
３軸のうちの、切削方向と平行な１軸の移動指令の設定
のみでよいので、ＮＣ言語プログラムの作成は容易であ
る。しかし、被加工物の形状が不定形な多面体などの場
合、加工面は被加工物の設置面とは平行にも垂直にもな
らないので、被加工物の設置面に対して設定された前述
のワーク座標系をそのまま使用すると、切削方向はこの
ワーク座標系の任意の１軸とは平行にならず、その結
果、ＮＣ言語プログラム中の切削を行わせる移動指令が
記載されたプログラムブロックは２軸または３軸の移動
指令を設定しなければならず、ＮＣ言語プログラムの作
成が煩雑になってしまうという問題が生ずる。

【０００６】また、２軸または３軸の移動指令を与える
とＮＣ制御装置はこれら２軸または３軸の同期制御をし
なければならなくなるが、切削加工において２軸以上の
軸を同期制御した場合の加工精度は、１軸制御の場合よ
りも悪くなることは一般によく知られている。これらの
ことから、ＮＣ言語を使用可能にされた産業用ロボット
において不定形な多面体に対して切削加工を行うために
は、加工面毎に新たに座標系を設定し直さなければなら
なかった。この加工面毎に新たに設定された座標系をユ
ーザー座標系と称する。

【０００７】産業用ロボットにおける加工面毎のユーザ
ー座標系の設定方法としては、ＮＣ言語に対応したもの
ではないが、特公平７−１０４７１２号公報に開示され
るような方法が用いられていた。すなわち、被加工物の
加工面上に設定した任意の３点をティーチング作業によ
り教示し、この３点の位置データより３点を含む平面す
なわち加工面の位置データを算出し、この加工面の位置
データに基づいて新たに設定される座標系すなわちユー
ザー座標系は、このユーザー座標系の任意の１軸を加工
面の法線と平行となるように設定され、さらに他の２軸
を加工面上に設定されるようにするものである。この方
法は、産業用ロボットの動作経路を設定するにあたり従
来からよく用いられているティーチング作業を使用した
ものであるので、産業用ロボットの操作に精通したユー
ザーにとっては使い勝手のよいものであった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に、従来からＮＣ工作機械を使用してきたユーザーに
は、ＮＣ工作機械の操作には精通しているが、産業用ロ
ボットの操作例えばティーチング作業には精通していな
いものが多く、ティーチング作業を行う特公平７−１０
４７１２号の方法は容易に実施できないという問題があ
る。また、被加工物の加工面毎に任意の３点を設定しこ
れをティーチング作業によりその都度教示する特公平７
−１０４７１２号の方法は、加工面を複数有する被加工
物や、被加工物の種類が多い生産ライン、あるいは被加
工物の加工緒元が頻繁に変更されるような生産ラインで
は、適用が困難であったり、あるいは適用すると加工効
率の著しい低下を招くという問題も生ずる。さらに、テ
ィーチング作業による位置決め精度はＮＣ加工で求めら
れる切削精度に比して一般的に低いので、ティーチング
作業により算出された３点の位置データや、この３点の
位置データより算出された加工面の位置データの精度、
そして加工面の位置データに基づいて新たに設定された
ユーザー座標系の信頼度も低いものとなり、その結果こ
のユーザー座標系により加工される被加工物の切削精度
も低いものとなる。

【０００９】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたものであり、ティーチング作業に精通し
ていないユーザーでも容易に設定可能であり、また加工
面を複数有する被加工物や、被加工物の種類が多い生産
ライン、あるいは被加工物の加工緒元が頻繁に変更され
るような生産ラインでも適用可能であり、さらに切削精
度も保証されるような座標系設定方法が組み込まれた産
業用ロボットの制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、ＮＣ
言語プログラムによる被加工物の切削加工が可能にされ
た産業用ロボットにおいて、予め設定されたワーク座標
系に対してＮＣ言語プログラム上で規定したＧコード指
令に基づく座標変換を行うようにされた座標変換手段を
有することにより、この座標変換手段により被加工物の
各加工面毎に加工面の法線と平行な座標軸を有するユー
ザー座標系を新たに設定し、この各加工面毎に設定され
たユーザー座標系に基づいて各加工面の切削加工を行う
ようにした産業用ロボットの制御装置であって、前記Ｇ
コード指令は、そのパラメータとして、前記ワーク座標
系に対する座標原点の平行移動量及び各座標軸の回転移
動量と、座標変換手段により新たに設定されるユーザー
座標系の登録番号と、を有するようにしたことを特徴と
する産業用ロボットの制御装置を提供することにより、
上述の従来技術の課題を解決した。

【００１１】この構成としたことにより、ＮＣ言語プロ
グラムによる切削加工が可能にされた産業用ロボットの
ロボット制御装置において、ＮＣ言語プログラム中に新
たに規定したＧコード指令により設定された座標変換に
より、予め設定されたワーク座標系を加工面に応じたユ
ーザー座標系に容易かつ自在に変換可能にするととも
に、Ｇコード指令は、そのパラメータとして、ワーク座
標系に対する座標原点の平行移動量及び各座標軸の回転
移動量と、座標変換手段により新たに設定されるユーザ
ー座標系の登録番号と、を有するようにしたので、ＮＣ
言語プログラムに よる座標変換の設定が容易になるとと
もに、設定後は登録番号を呼び出すことにより座標系を
即座に変更できるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態におけ
る、産業用ロボットのシステム構成を示す図であり、図
２は被加工物と座標系との位置関係を示す図であり、図
３はロボット制御装置のブロック図を示す図である。図
１に示すように、加工台２１の設置面２２に載置された
被加工物３に対して、産業用ロボット１の先端部に把持
された切削工具４を用いて、所定の切削加工を行うよう
にされている。産業用ロボット１に接続されたロボット
制御装置２では、ロボット言語プログラムは当然のこと
ながらＮＣ言語プログラムでも産業用ロボット１の動作
制御が可能にされている。

【００１３】図２に示すように、被加工物３としては直
方体や平板以外の不定形な多面体を想定する。被加工物
３は第１加工面５及び第２加工面６を有しており、第１
加工面５は加工台２１の設置面２２と角度αをなし、ま
た第２加工面６は加工台２１の設置面２２と角度βをな
している。被加工物３の底面２３が設置面２２と同一面
であることから、角度α及びβは被加工物３の設計緒元
において設定されている数値をそのまま使用すればよ
い。３軸のワーク座標系７は、そのＺ軸が設置面２２の
法線と平行になるように予め設定されている。

【００１４】図３は産業用ロボット１を制御するロボッ
ト制御装置２の構成を示すブロック図である。ここでは
産業用ロボット１が被加工物３の第１加工面５及び第２
加工面６を加工する手順を順を追って説明する。メモリ
１０からワーク座標系７と第１加工面５及び第２加工面
６を加工するＮＣプログラム１１が読み出され、ＮＣ言
語実行部１２で解釈される。解釈されたデータに基づき
座標変換手段１３においてワーク座標系の座標変換がな
され、座標変換により新たに設定された座標系すなわち
ユーザー座標系に関するデータがアクチュエータ制御部
１４に送信され、アクチュエータ制御部１４において産
業用ロボット１を動作させる各関節軸駆動モータを駆動
するためのデータが作成される。

【００１５】ここで、座標変換手段１３において処理さ
れるワーク座標系の座標変換フローについて詳述する。
図４は本発明にて新たに設定した座標変換を規定するＮ
Ｃプログラム上の一形態を示したものである。Ｇ３０３
は座標変換を規定するＧコード指令であり、そのパラメ
ータである、Ｘ、Ｙ、Ｚはワーク座標系７の座標原点の
平行移動量、Ｕ、Ｖ、Ｗはワーク座標系７の各座標軸の
回転移動量、Ｐはこの座標変換によって新たに設定され
る座標系すなわちユーザー座標系の登録番号としてのユ
ーザー座標番号を示す。

【００１６】第１加工面５を加工する場合に新たに設定
されるユーザー座標系８は、そのＺ軸が第１加工面５の
法線と平行になりかつ第１加工面５上のＺ座標が０とな
るように設定する。被加工物３の設計図等に記載されて
いる設計緒元から得られる、被加工物３の底面２３と第
１加工面５との位置関係から、座標原点の平行移動量及
び各座標軸の回転移動量を導出する。導出された座標原
点の平行移動量は（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｘ軸回りの回
転移動量はαとすると、この場合の座標変換に関するＮ
Ｃプログラムは図５に示すようになる。このＮＣプログ
ラムにより、ワーク座標系７の座標原点が平行移動量
（ｘ１，ｙ１，ｚ１）だけ移動し、さらにＸ軸回りに指
定された回転移動量αだけＸ軸が回転され、この移動に
よりユーザー座標番号７で指定される第１ユーザー座標
系８が新たに設定される。

【００１７】同様に、第２加工面６を加工する場合に新
たに設定されるユーザー座標系９は、そのＺ軸が第２加
工面６の法線と平行になりかつ第２加工面６上のＺ座標
が０となるように設定する。被加工物３の設計図等に記
載されている設計緒元から得られる、被加工物３の底面
２３と第２加工面６との位置関係から、座標原点の平行
移動量及び各座標軸の回転移動量を導出する。導出され
た座標原点の平行移動量は（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｘ軸
回りの回転移動量はβとすると、ワーク座標系７の座標
原点が平行移動量（ｘ２，ｙ２，ｚ２）だけ移動し、さ
らにＸ軸回りに指定された回転移動量βだけＸ軸が回転
される第２ユーザー座標系９が新たに設定される。

【００１８】以上の処理により、第１加工面５に関して
は加工面の法線と平行なＺ軸を有する第１ユーザー座標
系８が、また第２加工面６に関しては加工面の法線と平
行なＺ軸を有する第２ユーザー座標系９が、それぞれ設
定される。これにより、例えば第１加工面５について産
業用ロボット１の先端部に把持されたドリルにより加工
面と垂直な穴をあける加工を行う加工プログラムにおい
て、まずユーザー座標番号７が付された第１ユーザー座
標系８を呼び出すための設定を行い、次にＸ軸及びＹ軸
の移動指令によりドリルを第１加工面５の上空に移動さ
せるための設定を行い、最後にＺ軸の移動指令により第
１加工面５に穴明け加工させるための設定を行う。この
加工プログラムにおいては、ＮＣ言語プログラム中の切
削を行わせる移動指令が記載されたプログラムブロック
は、ユーザー座標系８の３軸のうち切削方向と平行なＺ
軸の移動指令の設定のみでよいので、ＮＣ言語プログラ
ムの設定は容易となる。

【００１９】上記の実施形態では、Ｇコード指令のパラ
メータとして、予め設定されたワーク座標系に対する座
標原点の平行移動量及び各座標軸の回転移動量と、座標
変換手段により新たに設定されるユーザー座標系の登録
番号とを有するようにし、予め設定されたワーク座標系
に対する各加工面毎のユーザー座標系を、このＧコード
指令を実行することにより登録番号を付して予め設定登
録しておき、各加工面の加工に際しては設定登録された
加工面毎のユーザー座標系を登録番号を指定することに
より呼び出すようにした。

【００２０】しかし、制御装置によっては頻繁に使用す
る座標系を予め基本座標系として複数個設定可能にされ
たものもある。この場合、各加工面毎に新たに設定する
ユーザー座標系は、この複数個の基本座標系の中から任
意の一つを選定し、選定された基本座標系に対する移動
量を基に設定した方が都合がよい場合がある。そこでこ
の場合は、Ｇコード指令のパラメータとして、予め設定
されている複数の座標系の任意の一つを特定する登録番
号と、この登録番号により指定された座標系に対する座
標原点の平行移動量及び各座標軸の回転移動量とを有す
るように、Ｇコード指令を規定してもよい。

【００２１】また、ＮＣ言語プログラムの作成に際して
は、現在設定されている座標系に対する移動量を基に新
たな座標系を設定した方がＮＣ言語プログラムを作成し
やすい場合もある。そこでこの場合は、Ｇコード指令の
パラメータとして、現在設定されている座標系に対する
座標原点の平行移動量及び各座標軸の回転移動量を有す
るように、Ｇコード指令を規定し、これにより移動量の
みを指定することにより現在設定されている座標系を基
に新たな座標系を設定できるようにしてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、ＮＣ言語プログラムに
よる切削加工が可能にされた産業用ロボットのロボット
制御装置において、ＮＣ言語プログラム中に新たに規定
したＧコード指令により設定された座標変換により、予
め設定されたワーク座標系を加工面に応じたユーザー座
標系に容易かつ自在に変換可能にするとともに、Ｇコー
ド指令は、そのパラメータとして、ワーク座標系に対す
る座標原点の平行移動量及び各座標軸の回転移動量と、
座標変換手段により新たに設定されるユーザー座標系の
登録番号と、を有するようにしたので、ＮＣ言語プログ
ラムによる座標変換の設定が容易になるとともに、設定
後は登録番号を呼び出すことにより座標系を即座に変更
できるようになった。そのため、加工面を複数有する被
加工物や、被加工物の種類が多い生産ライン、あるいは
被加工物の加工緒元が頻繁に変更されるような生産ライ
ンといった、加工面の違いによる座標系の変更を頻繁に
行わなければならないような場合でも、ＮＣ言語プログ
ラムにより短時間に座標系の変更ができるようになっ
た。

【００２３】また、ＮＣ言語プログラムにより座標系の
変更が可能となったことにより従来のティーチング作業
による新たな座標系の設定が不要となったので、ティー
チング作業に精通していないユーザーでも容易にユーザ
ー座標系の設定ができるようになった。さらに、本発明
の座標変換手段は被加工物の加工緒元に基づくものなの
で、ティーチング作業により得られた位置データに基づ
く従来の座標変換手段を用いるよりも、変換された座標
形の信頼度が高く、この結果変換された座標形に基づい
て加工される被加工物の切削精度も保証されるものとな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における、産業用ロボット
のシステム構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態における、被加工物と各座
標系との位置関係を示す図である。

【図３】本発明の一実施形態における、ロボット制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の一実施形態における、座標変換を規定
するＮＣプログラムの形態を示す図である。

【図５】本発明の一実施形態における、座標変換を規定
するＮＣプログラムの一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 産業用ロボット ２ ロボット制御装置 ３ 被加工物 ５ 第１加工面 ６ 第２加工面 ７ ワーク座標系 ８ 第１ユーザー座標系 ９ 第２ユーザー座標系 １３ 座標変換手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＮＣ言語プログラムによる被加工物の切削
   加工が可能にされた産業用ロボットにおいて、予め設定
   されたワーク座標系に対してＮＣ言語プログラム上で規
   定したＧコード指令に基づく座標変換を行うようにされ
   た座標変換手段を有することにより、該座標変換手段に
   より被加工物の各加工面毎に加工面の法線と平行な座標
   軸を有するユーザー座標系を新たに設定し、該各加工面
   毎に設定されたユーザー座標系に基づいて各加工面の切
   削加工を行うようにした産業用ロボットの制御装置であ
   って、 前記Ｇコード指令は、そのパラメータとして、前記ワー
   ク座標系に対する座標原点の平行移動量及び各座標軸の
   回転移動量と、座標変換手段により新たに設定されるユ
   ーザー座標系の登録番号と、を有するようにしたことを
   特徴とする産業用ロボットの制御装置。