JP5863857B2

JP5863857B2 - ワークの供給と排出を行うロボットを制御するロボット制御装置

Info

Publication number: JP5863857B2
Application number: JP2014045556A
Authority: JP
Inventors: 好隆池田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: CN104889799A; US9778646B2; US20150253757A1; DE102015002571A1; JP2015168038A; CN104889799B; DE102015002571B4

Description

本発明は、工作機械に対してワークの供給と排出を行うロボットを制御するロボット制御装置に関する。

工作機械に対して素材（ワーク）を供給し、該工作機械にて加工されたワーク（加工品）を該工作機械から排出するロボットでは、工作機械の状況に応じて動作を決定するために、該ロボットを制御するロボット制御装置が工作機械の状況を知る必要がある。

これに関連する周知技術例として、特許文献１には、ロボットを有する旋盤が工具の寿命等により加工続行不可能となった場合に、ロボットに信号を送り、旋盤及びロボットが加工前の原点に戻るように構成された加工システムが記載されている。

また特許文献２には、ＮＣ工作機械で加工を行う際にロボットでワークの取付け、取外しを行う加工システムにおいて、ワーク自体の不良やワークのチャッキング不良が検出されたときにアラームを出力し、これらの不良に対する措置をチャックやロボットを制御して自動で行えるようにする手段が記載されている。

さらに特許文献３には、複数の工作機械とそれに付設されたロボットから構成される複数のセルがホストコンピュータにより制御・運転されるワーク加工システムが記載されており、ここでは、予め連続加工中に工具寿命、工具異常、その他の不具合発生時の処理パターンをセル、ホストコンピュータ双方に記憶させておき、不具合発生時には自動的に上記処理パターンが実行される、と記載されている。

特開昭６３−３１８２３７号公報特公平０５−０２６６２８号公報特開平０１−２０５９６４号公報

特許文献１に記載されているように、従来は、信号により工作機械の異常をロボットに通知し、通知を受けたロボットが入力信号に応じて、原点復帰、ワークの取出し、工具交換等の動作を行っていた。しかし信号を使用する場合は、工作機械とロボットの双方の制御装置において信号の割付や定義、入出力のためのプログラミングが必要である。このような構成において、異常の内容に応じてロボットの動作を詳細に規定するためには、信号の種類を増やす等、手間のかかる操作が必要となる。さらに、生産運転が始まってしまうと、信号の追加やプログラム変更は容易には行えないので、状況判断や状況に応じた動作を追加することは困難であった。

また特許文献２には、信号を使用することについての明確な記載はないが、ロボット装置とＣＰＵとがプログラマブル・コントローラを介して接続される、という記載から、異常状態の通知は信号を使用していると解される。故に特許文献２にも、特許文献１と同様の課題がある。

一方、特許文献３に記載の技術は、加工セルにおいて不具合が発生したときにセルを非常停止（加工済ワーク及び素材ワークをそれぞれ完成品パレット及び素材パレットに搬送し、旋盤及びロボットを原点位置に移動）させた上で、セルの停止をホストコンピュータに信号により通信し、その後で加工復帰が可能か否かの判断、電源オフ指令の確認、別ロット加工情報の通信等を行うものである。つまり特許文献３では、加工セル内で異常が発生した場合は旋盤及びロボットが原点復帰することが前提であり、その後、加工セルとホストコンピュータとの間でセル全体の動作に関する情報の送受信が行われる。しかし、実際の工作機械における異常の種類は多岐に亘っており、どのような異常であっても非常停止させる（工作機械及びロボットを原点位置に戻す）ことは必ずしも適切ではない場合がある。

そこで本発明は、工作機械とロボットを含むシステムにおいて、工作機械の運転状態と、その状態に応じてロボットに適切な動作を行わせることができるロボット制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、少なくとも１つの工作機械の各々に対しワークの供給および排出の少なくとも一方を行うロボットを制御するロボット制御装置であって、前記工作機械との通信により、前記工作機械の運転状態を示すデータを所定のタイミングで取得するデータ通信部と、前記工作機械に対する前記ロボットの複数の動作パターンを記憶する動作パターン記憶部と、前記工作機械に異常が発生したとき又は前記工作機械の運転状態が予め定義した条件を満たしたときに、前記動作パターン記憶部に記憶された複数の動作パターンから、前記工作機械に異常が発生したとき又は前記工作機械の運転状態が予め定義した条件を満たしたときの前記工作機械の運転状態に関連付けられた動作パターンを選択し、選択された動作パターンに従って前記ロボットを動作させる動作制御部と、を備えたロボット制御装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記データ通信部は、前記工作機械の運転状態を示すデータを前記工作機械の加工運転中に取得し、前記動作制御部は、前記工作機械に異常が発生したときに、前記ロボットの原点位置への退避、前記工作機械において加工中のワークの排出、及び前記工作機械の加工再開の準備を少なくとも含む複数の動作パターンから１つの動作パターンを選択し、選択された動作パターンに従って前記ロボットを動作させる、ロボット制御装置を提供する。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記データ通信部は、前記工作機械の運転状態を示すデータを所定の周期で取得し、前記動作制御部は、前記工作機械の運転状態が予め定義した条件を満たしたときに、前記工作機械の点検又はメンテナンスに関する動作パターンを選択し、選択された動作パターンに従って前記ロボットを動作させる、ロボット制御装置を提供する。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記ロボット制御装置は、前記複数の動作パターンが定義されるとともに、前記工作機械の運転状態を示すデータがプログラムの分岐、待機及び待機解除の少なくとも１つの条件として指定されたロボットプログラムを有し、前記動作制御部は、前記データ通信部が取得した前記工作機械の運転状態を示すデータを自動更新することにより、前記工作機械の運転状態に応じて前記ロボットプログラムの実行シーケンスを変更する、ロボット制御装置を提供する。

本発明によれば、工作機械に対して加工品の供給と排出を行うロボットにおいて、工作機械の運転状況に応じた種々の動作をロボットに行わせることができるようになり、例えば工作機械で異常が発生した場合に、ロボットが工作機械の状況に応じた復旧操作等を従来よりも詳細に行うことができるようになる。また、工作機械の状況を所定周期で監視することにより、工作機械において必要な点検やメンテナンスを、ロボットを用いて適切な時期に実行することもできる。

工作機械の運転状態の判断や運転状態に応じた動作パターンの選択をロボットプログラムで定義できるようにし、さらにプログラムの分岐等の条件として工作機械の運転状態を示すデータを指定できるようにすることにより、ロボット及び工作機械を含むシステムのカスタマイズも容易に行うことができるようになる。

本発明に係るロボット制御装置、該ロボット制御装置が制御するロボット、及び該ロボットが作業を行う工作機械を含むシステムの概略構成を示す図である。

図１は、本発明の好適な実施形態に係るロボット制御装置１０の機能ブロック図を、ロボット制御装置１０が制御するロボット１２と、ロボット１２が作業を行う旋盤等の工作機械１４とともに示す図である。ロボット１２は、例えば６軸の多関節ロボットであり、工作機械１４にて加工される被加工物（ワーク）１６を把持可能なハンド１８を有し、工作機械１４に対してワーク１６の供給及び排出の少なくとも一方を行うように構成されている。またロボット１２は、上述したワークの供給及び排出の他、工作機械の工具を交換したり、工作機械の所定部位を圧気や液体で洗浄したりする機能を有してもよい。

なお工作機械１４は、例えば数値制御工作機械であり、図示例では１台であるが、ロボット１２は複数台の数値制御工作機械１４の各々に対して逐次的に、ワークの供給及び排出の少なくとも一方を行うようにしてもよい。

ロボット制御装置１０は、工作機械１４との通信により、工作機械１４の運転状態を示すデータを所定のタイミングで取得するデータ通信部２０と、工作機械１４に対するロボット１２の複数の動作パターンを記憶する動作パターン記憶部２２と、工作機械１４に異常が発生したとき又は工作機械１４の運転状態が予め定義した条件を満たしたときに、動作パターン記憶部２２に記憶された複数の動作パターンから、工作機械１４に異常が発生したとき又は工作機械１４の運転状態が予め定義した条件を満たしたときの工作機械１４の運転状態に関連付けられた動作パターンを選択し、選択された動作パターンに従ってロボット１２を動作させる動作制御部２４とを有する。

データ通信部２０は、工作機械１４を制御する数値制御装置（図示例では工作機械１４に内蔵）との通信を行い、工作機械１４の運転状態を示すデータを取得する。ここで運転状態を示すデータには、工作機械１４に何らかの異常が発生したときにその異常の内容（例えば工作機械のモータに過負荷が作用した旨、工作機械のチャック等においてワークの把持ミスがあった旨、等）を表すエラーコード等のデータや、工作機械１４の実行プログラムの進捗状況（異常が発生した時点がプログラムのどの場所（何行目）に相当するか）を表すデータが含まれる。

このようにしてデータ通信部２０は、工作機械１４において異常が発生したことのみを知らせるアラームや、工作機械１４の工具の使用時間が予め定めた寿命時間に到達したことのみを知らせる情報だけではなく、工作機械１４の加工状況や現在のプログラム実行状態等の多くの情報を取得することができる。またロボット制御装置１０は、工作機械１４との通信を行うＩ／Ｏ通信部２６を別途有してもよく、その場合は、従来も使用されていた工作機械の異常信号等をＩ／Ｏ通信部２６が受信し、工作機械１４の加工状況や現在のプログラム実行状態等のデータをデータ通信部２０が受信する、という使い分けが可能になる。

動作パターン記憶部２２は、工作機械１４の種々の運転状態に関連付けられた、ロボット１２の典型的な複数の動作パターンを記憶する。これらの動作パターンの具体的としては、ロボット１２の原点位置への退避（復帰）、工作機械１４において加工中のワークの排出（取出し）、及び工具交換やパレット交換等の、工作機械の加工再開の準備等が挙げられる。さらに、ロボット１２が工作機械の点検やメンテナンスに関する動作を行えるように構成されている場合は、上記動作パターンには、工作機械１４の工具の交換（着脱）、及び圧気又は液体を用いた工作機械１４の所定部位（例えば切屑がたまりやすい部分）の清掃等が含まれる。

またロボット制御装置１０は、定義用ユーザインターフェース２８を有してもよく、その場合作業者は、インターフェース２８を介して動作パターンの変更や登録、ロボットプログラム３０の修正等を行うことができる。

動作制御部２４は、所定のロボットプログラム３０に従ってロボット１２の動作を制御する機能を有し、具体的にはロボット１２の各軸を駆動するモータ（サーボモータ）を制御する。また動作制御部２４は、Ｉ／Ｏ通信部２６又はデータ通信部２０が工作機械１４に異常が発生したとき（詳細には、工作機械１４から異常が発生した旨の信号等を受信したとき）に、データ通信部２０が工作機械１４の加工運転中に取得した、工作機械１４の運転状態を示すデータを解析し、異常発生時に工作機械１４がどのような運転状態にあったかを判断する。そして動作制御部２４は、工作機械１４の異常発生時の運転状態に関連付けられた動作パターンを選択し、選択した動作パターンに従ってロボット１２を制御する。

例えば、異常発生時が工作機械１４の実行プログラムの初期である場合、つまりワークの加工前に工作機械１４に異常が発生した場合は、ロボット１２を一旦原点位置に復帰させ、作業者が異常の原因を調査・除去する等の措置を採ることが好ましい。或いは、異常発生時が工作機械１４の実行プログラムの終期である場合、つまりワーク１６の加工が終了した後に異常が発生した場合は、工作機械１４から加工済のワークをロボット１２によって取出して所定位置に搬送した後に、作業者が異常の原因を調査・除去する等の措置を採ることが好ましい。このように、工作機械１４での一連の加工処理のどの段階で異常が発生したかによって、ロボット１２が行うべき適切な動作を自動的に選択して実行させることができる。

また動作制御部２４は、工作機械１４の運転状態を示すデータを所定の周期で取得し、工作機械１４の工具の累積使用時間が所定の寿命時間に到達したとき、すなわち工具を交換すべき状態となった場合に、ロボット１２に工具交換を行わせることもできる。或いは又はこれに加え、動作制御部２４は、工作機械１４の累積加工時間や工作機械１４が加工したワークの個数に関する情報を所定の周期で取得し、該累積加工時間又は個数が所定の値に到達したときに、工作機械１４の所定部位（例えば加工による切屑がたまりやすい場所）をエアや洗浄水で清掃する動作を、ロボット１２に行わせることもできる。このように動作制御部２４は、工作機械１４の状態が予め定義した条件を満たしたときに、工作機械１４の点検やメンテナンスに関する動作パターンを選択して、選択した動作パターンに従ってロボット１２を動作させることができる。

上述のように、ロボット１２が工作機械１４の運転状態や実行プログラムの進捗状況に応じて行うべき動作パターンは、予め制御装置１０（動作パターン記憶部２２）内に記憶しておき、動作制御部２４が適宜選択して実行することができる。ここで、作業者がシステム毎のカスタマイズをより簡単に行えるようにするために、ロボットプログラム３０において、複数の動作パターンを定義するとともに、工作機械１４の運転状態を示すデータがプログラムの分岐、待機及び待機解除の少なくとも１つの条件として指定しておくことができる。この場合、動作制御部２４は、データ通信部２０が取得した工作機械１４の運転状態を示すデータを自動更新することにより、工作機械１４の運転状態に応じてロボットプログラム３０の実行シーケンスを変更し、運転状態に応じた動作パターンをロボット１２に行わせることができる。

このように、工作機械１４の運転状態の判断や運転状態に応じた動作パターンの選択をロボットプログラムで定義できるようにし、さらにプログラムの分岐等の条件として工作機械の運転状態を示すデータを指定できるようにすることにより、運転状態に応じたロボットの動作の指定が容易になり、またシステムのカスタマイズもロボットプログラムの書き換えによって容易に行うことができる。

１０ロボット制御装置
１２ロボット
１４工作機械
１６ワーク
１８ハンド
２０データ通信部
２２動作パターン記憶部
２４動作制御部
２６Ｉ／Ｏ通信部
２８定義用ユーザインターフェース
３０ロボットプログラム

Claims

少なくとも１つの工作機械の各々に対しワークの供給および排出の少なくとも一方を行うロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記工作機械との通信により、前記工作機械の運転状態を示すデータを所定のタイミングで取得するデータ通信部と、
前記工作機械に対する前記ロボットの複数の動作パターンを記憶する動作パターン記憶部と、
前記工作機械に異常が発生したとき又は前記工作機械の運転状態が予め定義した条件を満たしたときに、前記動作パターン記憶部に記憶された複数の動作パターンから、前記工作機械に異常が発生したとき又は前記工作機械の運転状態が予め定義した条件を満たしたときの前記工作機械の運転状態に関連付けられた動作パターンを自動で選択し、選択された動作パターンに従って前記ロボットを動作させる動作制御部と、を備えたロボット制御装置。
前記データ通信部は、前記工作機械の運転状態を示すデータを前記工作機械の加工運転中に取得し、前記動作制御部は、前記工作機械に異常が発生したときに、前記ロボットの原点位置への退避、前記工作機械において加工中のワークの排出、及び前記工作機械の加工再開の準備を少なくとも含む複数の動作パターンから１つの動作パターンを選択し、選択された動作パターンに従って前記ロボットを動作させる、請求項１に記載のロボット制御装置。
前記データ通信部は、前記工作機械の運転状態を示すデータを所定の周期で取得し、前記動作制御部は、前記工作機械の運転状態が予め定義した条件を満たしたときに、前記工作機械の点検又はメンテナンスに関する動作パターンを選択し、選択された動作パターンに従って前記ロボットを動作させる、請求項１又は２に記載のロボット制御装置。
前記ロボット制御装置は、前記複数の動作パターンが定義されるとともに、前記工作機械の運転状態を示すデータがプログラムの分岐、待機及び待機解除の少なくとも１つの条件として指定されたロボットプログラムを有し、前記動作制御部は、前記データ通信部が取得した前記工作機械の運転状態を示すデータを自動更新することにより、前記工作機械の運転状態に応じて前記ロボットプログラムの実行シーケンスを変更する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット制御装置。