JP5752179B2

JP5752179B2 - 工作機械とロボットを制御する制御装置

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Publication number: JP5752179B2
Application number: JP2013122637A
Authority: JP
Inventors: 隆保坂
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2033-06-11
Also published as: US9639080B2; JP2014241018A; DE102014108072A1; US20140364989A1; CN104238487A; CN104238487B

Description

本発明は、工作機械とロボットを制御する制御装置に関し、特に、一つの加工プログラムによって、工作機械とロボットの両方を制御する制御装置に関する。

従来、工作機械においては、ワークの取り付けや取り出しの作業、いわゆるロード／アンロード作業は、作業者が行うことが通常であったが、工作機械を長時間連続して稼働させるために、これらの作業をロボットで行うことが多くなってきている。このように、工作機械にロボットを付加して作業を行うようにしたとき、図１２に示されているように、工作機械１００とロボット２００にそれぞれ制御手段（工作機械制御手段４０，ロボット制御手段５０）を備え、それぞれの制御手段に個別にプログラム（加工プログラム２２，ロボットプログラム５２）を供給していた。

図１２に示された制御装置において、工作機械１００とロボット２００の連係動作を行う場合には、互いに独立した工作機械制御装置２とロボット制御装置３とを信号線またはネットワークで接続し、動作指令信号及び動作完了信号をやりとりすることで実現しており、工作機械の制御装置において、加工プログラム２２とこれらの信号を連携させるためにラダープログラムを使用していた。具体的な制御方法は以下のとおりである。

（１）工作機械制御装置２は、加工プログラム２２に基づき工作機械１００を制御する。また、ロボット制御装置３は、ロボットプログラム５２に基づいてロボット２００を制御する。
（２）工作機械１００において、ロボット２００の作業が必要となった場合には、加工プログラム２２の中で、Ｍコードなどのロボット作業用コードを実行する。
（３）工作機械制御手段４０では、加工プログラム２２内においてロボット作業指示用コードが実行されると、これをラダープログラム実行手段６０に通知する。

（４）ラダープログラム実行手段６０では、ラダープログラム６２の指示に従い、ロボット作業指示用コードの実行が通知されたら、ロボットへの動作指令信号をＯＮする。動作指令信号には、ロボットの動作の種類が含まれる。
（５）ロボット制御装置３では、ロボット制御手段５０が動作指令信号のＯＮを検出したら、ロボットプログラム５２の中の該当する指示に基づいてロボット２００を制御する。ロボット２００の動作が完了したら動作完了信号をＯＮする。
（６）工作機械制御装置２のラダープログラム実行手段６０では、ラダープログラム６２の指示に従い、動作完了信号のＯＮを検出したら工作機械制御手段４０に通知する。工作機械制御手段４０は、これを受けて加工プログラム２２に基づいた工作機械１００の制御を続行する。

図１３は、別の従来技術を示した図であり、作業者が工作機械１００とロボット２００との２種類の制御装置の操作を覚える手間を削減するために、１つの制御装置で工作機械１００とロボット２００の双方を制御する制御装置を示したものである。工作機械の制御装置２において工作機械１００用の加工プログラム２２と、ロボット２００用のロボットプログラム５２の双方を管理し、ロボット２００を制御する際には、ラダープログラム６２の指示に基づいてラダープログラム実行手段６０がロボットプログラム５２を対応する動作指令信号に変換することでロボット２００を制御する。動作指令信号にはロボット２００の動作の内容、すなわちロボット２００がどのように動くかといったことが含まれている。図１３の形態においても、工作機械１００用の加工プログラム２２とロボット２００用のロボットプログラム５２を連携させるときにはラダープログラム６２が使用される。

特許文献１には、工作機械を制御するＣＰＵと、ロボットを制御するＣＰＵを備え、両者の間に共通ＲＡＭを設けて、ロボットを制御するＣＰＵが、ロボットプログラムを、外部機器と、操作パネルからの指令の双方から受け取ることができる技術が開示されている。
特許文献２には、数値制御工作機械において、ロボットハンドを数値制御工作機械の工具取付部に取付けて、ＮＣ言語を用いてロボットハンドの位置の制御及びハンドの開閉を可能とする技術が開示されている。

特許第３２１１４２２号公報特許第３２６４７０５号公報

図１２に開示されている技術では、加工プログラムとロボットプログラムは独立して動作している。そのため、工作機械とロボットとの間の連係動作を実現するために、動作の種類や動作開始のタイミングといった情報を、加工プログラムとロボットプログラムとの間でやりとりしている。
このような情報のやりとりにあたってはラダープログラムが用いられている。ラダープログラムには工作機械の基本的な制御を行う処理が含まれているため、これを編集することができるのは工作機械メーカに限られており、ユーザが編集することはできない。そのため、工作機械メーカが、工作機械とロボットがどのように連携するかの仕様を決定し、その仕様を実現するラダープログラムを提供している。

その結果、工作機械メーカから見ると、工作機械とロボットを連携動作させるために連携のためのラダープログラムを作成する必要があり、プログラム作成の負担増となっている。
また、ユーザから見ると、連携の仕組みはラダープログラムで実現されているためユーザが機能を追加することはできず、拡張性に欠けるものとなっている。ユーザからの作業指示は、Ｍコードなどの数字の形式で行うこととなるが、加工プログラムからロボットプログラムに何種類の作業指示を出すことができるかは、工作機械メーカが決めた仕様に依存しており、それに沿った作業指示しか出すことはできず、ユーザが後から作業指示の種類を追加することはできない。

ワークのロード／アンロード作業などについては、工作機械メーカ側であらかじめ想定されてラダープログラムに盛り込まれていることが通常ではあるが、それに加えてユーザが加工に関連する諸作業を工作機械とロボットで連携して実施させようとする場合には、ラダープログラムに新たな機能を追加することはできない。仮に新たな機能を追加する場合には、ラダープログラムの改造を工作機械メーカに依頼する必要があり、ユーザにとって負担増となる。
また、加工プログラムとロボットプログラムは互いに独立しているため、特に工作機械とロボットが同時に動作する場合などに、工作機械とロボットがどのように動作するのかをプログラムから理解することが難しいことがある。プログラムから工作機械とロボットの動作を理解することが難しいと、動作の確認に時間がかかり、ユーザの立ち上げ作業の負担が増える。

図１３に開示されている技術においても、工作機械制御装置２において、加工プログラム２２とロボットプログラム５２の双方を管理はしているが、依然として加工プログラムとロボットプログラムの連携にはラダープログラムが使用されているため、図１２に開示されている技術と同様の課題が残る。

特許文献１に開示されている技術は、ロボットを制御するロボットプログラムは、外部機器か、操作パネルからの指令のいずれかから受け取る構成とされているため、工作機械を制御する加工プログラムとは独立しているため、工作機械とロボットがどのように動作するのかを理解することが難しいことがある。
特許文献２に開示されている技術は、ロボットハンドを工作機械の工具取付け位置に取り付け、ＮＣ言語でロボットハンドの位置の制御およびハンドの開閉を可能とする技術を開示しているが、ロボットハンドにロボットという用語は使用されているものの、工作機械の工具取付部に取付けられて、数値制御工作機械の制御軸によって制御、駆動されるものであって、工作機械の一部であるものと解釈するのが自然である。また、ロボットハンドの動作範囲は工作機械の制御軸の動作範囲に限られるため、ユーザが、ロード／アンロード作業だけでなく、加工に関連する諸作業をこのロボットハンドで実施することは困難である。

そこで本発明は、工作機械とロボットの連携動作を、ユーザが加工プログラムのみで決定することが可能な制御装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、少なくとも１台の工作機械と少なくとも１台のロボットとを制御する制御装置であって、少なくとも１つの工作機械用命令文と少なくとも１つのロボット用命令文とを含む加工プログラムを前記制御装置に入力する加工プログラム入力手段と、前記加工プログラム入力手段で入力された加工プログラムを前記制御装置に保存する加工プログラム保存手段と、工作機械用命令文に基づいて工作機械を制御する工作機械制御手段と、ロボット用命令文に基づいてロボットを制御するロボット制御手段と、前記加工プログラム保存手段により保存されている加工プログラムに含まれている工作機械用命令文を前記工作機械制御手段へ転送し、ロボット用命令文を前記ロボット制御手段へ転送する加工プログラム分配手段と、を備え、前記加工プログラム分配手段が、加工プログラムで予め指定された範囲に含まれている命令文について、工作機械用命令文は前記工作機械制御手段に転送し、ロボット用命令文は前記ロボット制御手段に転送し、その後で、前記工作機械制御手段に対する転送された命令文に基づく制御の開始の指示と、前記ロボット制御手段に対する転送された命令文に基づく制御の開始の指示とを、同時に行う、同時開始手段を持つことにより、工作機械とロボットを同時に制御開始することを特徴とする制御装置が提供される。

すなわち、請求項１に係る発明では、加工プログラム分配手段を備え、工作機械制御手段及びロボット制御手段のそれぞれに対して、加工プログラムに記載されている各制御手段用の命令文を分配することができる。このため、工作機械メーカによる工作機械とロボットを連携するためのラダープログラムが不要となる。
また、ユーザは工作機械とロボットがどのように連携動作するかを、加工プログラムを作成することで指示することができる。そのため、工作機械メーカがあらかじめ作成したラダープログラムに起因する仕様上の制約を受けることがない。
さらに、加工プログラムの中に工作機械用命令文とロボット用命令文が併記されるため、工作機械とロボットがどのように連携して動作するかを、加工プログラムから容易に理解することができる。
また、同時開始手段を備えたことにより、指定された範囲において、工作機械とロボットを同時に制御開始することが可能となる。

本願の請求項２に係る発明では、前記加工プログラム分配手段が、前記工作機械制御手段における転送された命令文に基づく制御の完了と、前記ロボット制御手段における転送された命令文に基づく制御の完了との、双方が行われるまで待つ、待合せ手段を持つことにより、工作機械とロボットの双方の制御の終了を待ってから次の制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の制御装置が提供される。
すなわち、請求項２に係る発明では、待合せ手段を備えたことにより、指定された範囲において、工作機械とロボットのうちの両方の動作が終了するのを待った上で次の制御を行うことが可能となる。

本発明により、工作機械とロボットの連携動作を、ユーザが加工プログラムのみで決定することが可能な制御装置を提供することができる。

第１の実施形態における制御装置の構成を示した図である。第１の実施形態の変形例の制御装置の構成を示した図である。第２、第３、第４の実施形態における制御装置の構成を示した図である。第２の実施形態における加工プログラムの例である。第２の実施形態における動作タイミングを示した図である。第２の実施形態の動作の流れを示したフローチャートである。第３の実施形態における加工プログラムの例である。第３の実施形態における動作タイミングを示した図である。第４の実施形態における加工プログラムの例である。第４の実施形態における動作タイミングを示した図である。第３の実施形態及び第４の実施形態の動作の流れを示したフローチャートである（その１）。第３の実施形態及び第４の実施形態の動作の流れを示したフローチャートである（その２）。従来の工作機械とロボットを制御する制御装置の例を示した図である。別の従来の工作機械とロボットを制御する制御装置の例を示した図である。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態における構成を示した図である。制御装置１には、加工プログラム入力手段１０と、加工プログラム保存手段２０と、加工プログラム分配手段３０と、工作機械制御手段４０と、ロボット制御手段５０とを備えている。
加工プログラム入力手段１０では、工作機械用命令文とロボット用命令文の双方を含む加工プログラム２２が入力される。
加工プログラム保存手段２０では、加工プログラム入力手段１０から入力された加工プログラム２２が保存される。そして、実際に加工を行う際には、作業者が加工プログラム保存手段２０で保存された加工プログラム２２の中から動作させる加工プログラム２２を選択して加工を指示する。

作業者によって加工が指示されると、加工プログラム分配手段３０は、加工プログラム保存手段２０で保存された加工プログラム２２の中から指示された加工プログラム２２の内容を順番に読み取り、工作機械用命令文ならば工作機械制御手段４０に転送し、ロボット用命令文ならばロボット制御手段５０に転送する。
工作機械用命令文が転送された工作機械制御手段４０は命令文に従って工作機械１００を制御し、ロボット用命令文が転送されたロボット制御手段５０は命令文に従ってロボット２００を制御する。これにより、工作機械用命令文とロボット用命令文の双方を含む加工プログラム２２で工作機械１００とロボット２００の双方を制御することができる。

図２は、第１の実施形態の変形例である。第１の実施形態との相違点は、制御装置１の内部に加工プログラム保存手段２０を持たず、加工プログラム入力手段１０により外部から入力された加工プログラム２２をそのまま加工プログラム分配手段３０に転送し、加工プログラム分配手段３０において、加工プログラム入力手段１０から転送された加工プログラム２２の内容を順番に読み取り、工作機械用命令文ならば工作機械制御手段４０に転送し、ロボット用命令文ならばロボット制御手段５０に転送するようにした点である。本変形例においても、第１の実施形態と同様に、工作機械用命令文とロボット用命令文の双方を含む加工プログラム２２で工作機械１００とロボット２００の双方を制御することができる。
また、加工プログラム２２を加工プログラム入力手段１０により入力することなく、外部で作成した加工プログラム２２が記憶された記憶媒体を接続して読み取ることで入力したり、ネットワーク経由で読み取るようにすることもできる。

（第２の実施形態）
図３は、第２、第３、第４の実施形態における構成を示した図である。制御装置１が備えている加工プログラム分配手段３０に、順次実行手段３２、同時開始手段３４、待合せ手段３６を備えた点が、第１の実施形態と異なっている。
図４、図５、図６に基づいて第２の実施形態を説明する。図４は、工作機械用命令文とロボット用命令文の双方を含んだ加工プログラム２２の例である。このような加工プログラム２２が転送されてきた場合に、加工プログラム分配手段３０では、加工プログラム２２を上から１行ずつ逐次読み取り、工作機械用命令文であれば工作機械制御手段４０に転送して工作機械１００の制御を指示し、ロボット用命令文であればロボット制御手段５０に転送してロボット２００の制御を指示する。

工作機械用命令文の次の行にロボット用命令文が記載されている場合、工作機械制御手段の制御が終了してからロボット制御手段に対してロボット用命令文を転送してロボットの制御を指示する。
同様に、ロボット用命令文の次に工作機械用命令文が記載されている場合、ロボット制御手段の制御が終了してから工作機械制御手段に対して工作機械用命令文を転送して工作機械の制御を指示する。
これにより、図５の動作タイミングに示されているように、命令文の対象が工作機械からロボットに変化する場合、工作機械の動作が終了してからロボットの動作が開始する。同様に、命令文の対象がロボットから工作機械に変化する場合、ロボットの動作が終了してから工作機械の動作が開始する。

次に、この第２の実施形態の動作の流れを、図６に示されたフローチャートに基づいてステップごとに説明する。
・（ステップＳＡ１）加工プログラムから命令文を１文読み取る。
・（ステップＳＡ２）命令文の読み取りが成功したかどうかを判定する。成功した場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ３に進み、成功しなかった場合（ＮＯ）は終了する。
・（ステップＳＡ３）読み取った命令文が、その直前の行の命令文と制御の対象が同じかどうかを判定する。同じ場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ６に進み、異なる場合（ＮＯ）はステップＳＡ４に進む。

・（ステップＳＡ４）直前の行の制御が終了したかどうかを判定する。終了した場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ６に進み、終了していない場合（ＮＯ）はステップＳＡ５に進む。
・（ステップＳＡ５）直前の行の制御の終了を待つ。
・（ステップＳＡ６）命令文の制御の対象が工作機械かどうかを判定する。工作機械の場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ７に進み、工作機械ではなくロボットの場合（ＮＯ）はステップＳＡ８に進む。
・（ステップＳＡ７）工作機械制御手段に命令文を転送して工作機械の制御を指示し、ステップＳＡ１に戻る。
・（ステップＳＡ８）ロボット制御手段に命令文を転送してロボットの制御を指示し、ステップＳＡ１に戻る。

（第３の実施形態）
次に、図７、図８に基づいて第３の実施形態を説明する。図７は、工作機械用命令文とロボット用命令文の双方を含み、同時開始のための命令文を含んだ加工プログラム２２の例である。図７に示されている加工プログラムでは、工作機械とロボットを同時に動作させる場合、加工プログラムにおいて、同時に動作させる命令文を、「指定範囲開始」および「指定範囲終了」の２つの命令文で挟むことで指定している。
加工プログラム分配手段は、加工プログラムを上から１行ずつ逐次読取るが、「指定範囲開始」命令文を読み取ると、「指定範囲終了」命令文までの間にある命令文を工作機械制御手段およびロボット制御手段に転送する。その後、工作機械制御手段に対する工作機械の制御の開始と、ロボット制御手段に対するロボットの制御の開始を同時に指示する。

これにより、図８の動作タイミングに示されているように、図７において「指定範囲開始」命令文から「指定範囲終了」までの間に挟まれた命令文である、工作機械用命令文２及び工作機械用命令文３が工作機械制御手段に転送され、ロボット用命令文１及びロボット用命令文２がロボット制御手段に転送されて、転送後に両制御手段に転送されたそれぞれの最初の命令文である工作機械用命令文２とロボット用命令文１が同時に開始され、指定された範囲について、工作機械とロボットが同時に動作を開始する。また、「指定範囲開始」命令文から「指定範囲終了」までの間の挟まれた命令文の次の命令文である工作機械用命令文４については、工作機械用命令文３の動作の終了に引き続いて開始される。

（第４の実施形態）
次に、図９、図１０に基づいて第４の実施形態を説明する。図９は、第４の実施形態の加工プログラム２２の例である。加工プログラムにおいて、「指定範囲開始」および「指定範囲終了」の２つの命令文で挟んでいる点は第３の実施形態と同様であるが、その次の命令文として「待合せ」命令文がある点が第３の実施形態と異なっている。「指定範囲終了」命令文の後に「待合せ」命令文があった場合には、「指定範囲開始」から「指定範囲終了」までに挟まれた工作機械用命令文とロボット用命令文のうち、動作が遅く終わる方の動作の終了を待って、その次の命令文が開始される。図１０は、本実施形態の動作タイミングを示した図であり、「指定範囲開始」から「指定範囲終了」までに挟まれた命令文である工作機械用命令文２、工作機械用命令文３、ロボット用命令文１、ロボット用命令文２が行われ、工作機械の動作、ロボットの動作のうち、終了時点が遅いロボット用命令文２の動作が終了した後に、次の命令文である工作機械用命令文４が開始される。

次に、この第３の実施形態及び第４の実施形態の動作の流れを、図１１−１、図１１−２に示されたフローチャートに基づいてステップごとに説明する。
・（ステップＳＢ１）加工プログラムから命令文を１文読み取る。
・（ステップＳＢ２）命令文の読み取りが成功したかどうかを判定する。成功した場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ３に進み、成功しなかった場合（ＮＯ）は終了する。
・（ステップＳＢ３）読み取った命令文が、「指定範囲開始」命令かどうかを判定する。「指定範囲開始」命令の場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ１０に進み、それ以外の命令の場合（ＮＯ）はステップＳＢ４に進む。

・（ステップＳＢ４）命令文の制御の対象が直前の行と同じかどうかを判定する。同じ場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ７に進み、異なる場合（ＮＯ）はステップＳＢ５に進む。
・（ステップＳＢ５）直前の行の制御が終了したかどうかを判定する。終了した場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ７に進み、終了していない場合（ＮＯ）はステップＳＢ６に進む。
・（ステップＳＢ６）直前の行の制御の終了を待つ。

・（ステップＳＢ７）命令文の制御の対象が工作機械かどうかを判定する。工作機械の場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ８に進み、工作機械ではなくロボットの場合（ＮＯ）はステップＳＢ９に進む。
・（ステップＳＢ８）工作機械制御手段に命令文を転送して工作機械の制御を指示し、ステップＳＢ１に戻る。
・（ステップＳＢ９）ロボット制御手段に命令文を転送してロボットの制御を指示し、ステップＳＢ１に戻る。

・（ステップＳＢ１０）加工プログラムから命令文を１文読み取る。
・（ステップＳＢ１１）読み取った命令文が「指定範囲終了」命令かどうかを判定する。「指定範囲終了」命令の場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ１５に進み、それ以外の命令の場合（ＮＯ）はステップＳＢ１２に進む。
・（ステップＳＢ１２）命令文の制御の対象が工作機械かどうかを判定する。工作機械の場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ１３に進み、工作機械ではなくロボットの場合（ＮＯ）はステップＳＢ１４に進む。
・（ステップＳＢ１３）工作機械制御手段に命令文を転送し、ステップＳＢ１０に戻る。
・（ステップＳＢ１４）ロボット制御手段に命令文を転送し、ステップＳＢ１０に戻る。

・（ステップＳＢ１５）工作機械制御手段及びロボット制御手段に転送された命令について、工作機械制御機能及びロボット制御機能に対し制御の開始を同時に指示する。
・（ステップＳＢ１６）加工プログラムから命令文を１文読み取る。
・（ステップＳＢ１７）命令文は「待合せ」命令かどうかを判定する。「待ち合わせ」命令の場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ１８に進み、それ以外の命令の場合（ＮＯ）はステップＳＢ１に戻る。
・（ステップＳＢ１８）工作機械制御手段とロボット制御手段の制御は完了したかどうかを判定する。完了した場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ１に戻り、完了していない場合（ＮＯ）はステップＳＢ１９に進む。
・（ステップＳＢ１９）工作機械制御手段とロボット制御手段の制御の完了を待つ。

本実施の形態においては、工作機械制御手段及びロボット制御手段に制御の開始を同時に指示する同時開始手段と、「待合せ」命令があった時に工作機械制御手段とロボット制御手段の制御が完了するのを待って次の命令の制御を行う待合せ手段の双方を備えた例で説明したが、同時開始手段のみ、又は待合せ手段のみを備えた構成とすることもできる。

１制御装置
２工作機械制御装置
３ロボット制御装置
１０加工プログラム入力手段
２０加工プログラム保存手段
２２加工プログラム
３０加工プログラム分配手段
３２順次実行手段
３４同時開始手段
３６待合せ手段
４０工作機械制御手段
５０ロボット制御手段
５２ロボットプログラム
５４、６４信号
６０ラダープログラム実行手段
６２ラダープログラム
１００工作機械
２００ロボット

Claims

少なくとも１台の工作機械と少なくとも１台のロボットとを制御する制御装置であって、
少なくとも１つの工作機械用命令文と少なくとも１つのロボット用命令文とを含む加工プログラムを前記制御装置に入力する加工プログラム入力手段と、
前記加工プログラム入力手段で入力された加工プログラムを前記制御装置に保存する加工プログラム保存手段と、
工作機械用命令文に基づいて工作機械を制御する工作機械制御手段と、
ロボット用命令文に基づいてロボットを制御するロボット制御手段と、
前記加工プログラム保存手段により保存されている加工プログラムに含まれている工作機械用命令文を前記工作機械制御手段へ転送し、ロボット用命令文を前記ロボット制御手段へ転送する加工プログラム分配手段と、を備え、
前記加工プログラム分配手段が、
加工プログラムで予め指定された範囲に含まれている命令文について、工作機械用命令文は前記工作機械制御手段に転送し、ロボット用命令文は前記ロボット制御手段に転送し、
その後で、前記工作機械制御手段に対する転送された命令文に基づく制御の開始の指示と、前記ロボット制御手段に対する転送された命令文に基づく制御の開始の指示とを、同時に行う、同時開始手段を持つことにより、工作機械とロボットを同時に制御開始する
ことを特徴とする制御装置。
前記加工プログラム分配手段が、
前記工作機械制御手段における転送された命令文に基づく制御の完了と、前記ロボット制御手段における転送された命令文に基づく制御の完了との、双方が行われるまで待つ、待合せ手段を持つことにより、工作機械とロボットの双方の制御の終了を待ってから次の制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。