JP5903440B2 - ロボットアームのリーチを拡張するシステムと方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は一般に産業ロボットに関する。本発明はより詳しくは、限定された移動範囲が制約されるように取り付けられた工業ロボットに関連している。

本仕様中に使用されている用語の定義
本仕様中に使用した「最大リーチ」なる用語は、産業ロボットの操作範囲を説明するパラメータに関し、当該リーチは、より詳しくは、ロボットの中心から、加工中のワークピースの特定表面上にあるロボットのアームのフル延長部までの長さを示す計量値を意味する。

本仕様中に使用した「内部輪郭」なる用語は、加工中のワークピースの境界に触れることなく、ここで行うロボット操作のアウトラインである形に関し、当該輪郭によって、これらの形の一切の側面が加工中のワークピースの材料によって囲まれる。

本仕様中に使用した「外部輪郭」なる用語は、加工中のワークピース上で行うロボット操作のアウトラインである外形に関し、これらの形の境界が、カットの少なくとも１つの側面が加工中のワークピースの材料によって囲まれていない加工中のワークピースの境界と一致する。

本明細書中で使われている「リードイン」なる用語は、実際に要求された輪郭の起点の前における、加工中のワークピースへの所定の長さのツールの衝突と関連している。

本明細書中で使われている「リードアウト」なる用語は、実際に要求された輪郭の終点の向こうにおける、加工中のワークピースへの所定の長さのツールの衝突と関連している。

これらの定義は、技術的に表明されているものに追加される。

発明の分野
産業ロボットは特定技術行動を高精度で実施するようプログラムする。これらのアクションは、産業ロボットの方向、加速、速度、減速および調和した一連のモーションに対応する距離を規定するプログラムされたルーチンによって決められる。産業ロボットは、人の労働や手作業で誘発されるエラーを自動産業製造プロセスによって減らすため、益々多く使われている。

ロボットアームタイプの産業ロボットは一般に、溶接、塗装、組み立て、パレット化、噴霧、切断およびマテリアル・ハンドリング等を含む様々な利用分野に使われている。このような利用分野にロボットアームを使用すると、仕事のスピードと精度が高まる。ロボットアームあるいは産業ロボットによるサービスは大抵、精密金属カット、溶接およびこれらと同等な操作を含む作業のため、ツールを保持するよう改良された関節を持つ３軸か９軸の動きによって提供される。ロボットアームはガントリーまたは床に設置され、ロボットアームの動きは、当該アームの持つ「最大リーチ」までの範囲に制限される。但し、ロボットアームの「最大リーチ」は、ロボットアームの取り付け点、ロボットアームのアーキテクチャおよび寸法によって規定される。従って、ロボットアームの関節の中に保持されているツールは限定されたリーチによる制限に直面し、その上で加工を施こさなければならない加工中のワークピースの或るエリアに届くことに時々失敗する。

添付図面の図１は、加工すべき長方形のワークピース２０上で操作が実行できるよう改造され、ガントリー５０上に取り付けた逆ロボットアームの先行技術に基づく概略配置１００を示す。配置１００には、加工すべき長方形のワークピース２０を支持するベッド３０が含まれる。ベッド３０は複数の支持レグ４０によって更に支持される。ロボットアーム１０は、加工すべき長方形のワークピース２０の上で操作が行えるよう改造されたツール６０を保持するのに適している。ツール６０をプラズマ切断トーチ、溶接トーチあるいは他の操作専用のツールにすることができる。図１に開示したロボットアーム１０には、ロボットアームの柔軟性とリーチを強化拡張するため、互いに回転するよう、その端部を互いに連結してなる複数のエレメントが含まれる。ロボットアーム１０がベッド３０の長さあるいは幅に沿って移動することを可能にするため、ベッド３０に対して、水平、平行あるいは直角な形状を含む、ガントリー５０も、制約が多いアクセスポジションでスライドが可能となるよう改造される。

ツール６０をロボットアーム１０の関節にしっかり固定すると、ツール６０は、底面７０および近接エリアで運転することが要求されるとき、更に短くする限定されたリーチの制約に直面すようになる。加工すべき長方形のワークピースの底面７０上で運転すると、加工すべきワークピースの材料により、ロボットアーム１０の動きが妨げられるので、（床取り付け式とガントリー取り付け式の両方の）ロボットアーム１０の関節の中に保持されているツール６０のリーチは縮小する。ロボットアーム１０の関節の中に保持されているツール６０のリーチは、加工すべきワークピース２０の底面７０上で運転すると、設定１００の寸法に基づき量が変化するので減少する。加工すべき長方形のワークピースの底面７０の上にある領域で、ツール６０を作動することを不可能にすると、底面７０上へのアクセスが不能となるので、運転不能が引き起こされる。「最大リーチ」、アーキテクデャおよび寸法によって規定された厳しい接近可能ゾーン中で起こるロボットアーム１０の動きは、加工すべきワークピース上の遠方ゾーンに手を伸ばすとき、加工すべきワークピースを叩くチャンスを増やすので、ロボットアーム１０に損害をもたらすおそれがある。

上記の問題が発生しても、機械加工オペレーションあるいはその他のオペレーションを、以下のステップを踏んで、加工すべき長方形のワークピースの頂部８０と底部７０の両方で実施することができる。第１ステップで、加工すべき長方形のワークピースの頂面上で機械加工オペレーションを実施し、その後、底面７０がマッチすることを可能にするため、加工すべきワークピースの早期底面７０が頂面となるように、加工すべき長方形のワークピースを上下逆さにする。第２ステップで、加工すべき長方形のワークピース２０を上下逆さにした後、（加工すべき長方形のワークピース２０を上下逆さにする前には、底面７０であった）頂面上で機械加工を実施してもよい。ツール６０は、加工すべきワークピースの頂部上で自由かつ便利に運転できるように改良されているので、機械加工を、頂面８０上と底面７０上の両方でリーチを制限することなく、実施することができる。

しかし、加工すべき長方形のワークピース２０を上下逆さにするには、手動介入が必要であるが、当該介入は、加工すべきワークピース２０が重いか、寸法が大きい大型ワークピースである場合、特に困難な仕事となる。加工すべき長方形のワークピースを上下逆さにする操作は、機械加工オペレーションのサイクルタイムをかなり増加させ、加工すべきワークピースあるいはロボットアームの関節の中に保持されているツールに傷害を付与する恐れがある。溶接作業あるいはプラズマ切断作業を例として含む幾つかのケースでは、加工すべきワークピースの温度が劇的に上昇するので、操作直後、しばらくの間触れることができない。従って、加工すべきワークピースの向きをオペレーションの後、しばらく待ってから他の向きに変えなければならない。塗装等を含むその他のケースでは、乾燥するまで、操作された表面に触れることができないので、操作された表面が乾くまで、操作を実施状態に保つことが求められる。従って、両面上で加工すべきワークピースの方向を転換させるオペレーションは、短調な仕事で、オペレーションのサイクルタイムに悪影響を及ぼすおそれがある。

殆どのベッドは、このようなオペレーションを実施するようデザインされていないので、加工すべきワークピースをひっくり返すこと自体が問題となり、強制的にひっくり返すと、ロボットに関するベッドのアライメントに損失を導き、ベッドや加工中のワークピースそれ自身を破損させる恐れがある。

底部面７０上の高速ツール６０のリーチを、加工中の長方形のワークピース２０を上下反転させることなく拡大させ、機械加工オペレーションのサイクルタイムを短縮して安全を確保する必要があると感じられる。

発明の目的
本発明の目的は、ロボットアームの関節の中に保持されているオペレーティングツールを加工中のワークピースの底面に便利にアプローチすることを可能にする方法を考案することである。

本発明のもう１つの目的は、底面上で実施されるオペレーションのサイクルタイムを短縮するロボットアームを提供することである。

本発明の更なるもう１つの目的は、ロボットアームの関節の中に保持されているツールによって運転されるため、加工すべきワークピースの底面のアクセスエリアを効果的に利用し且つ最大化することである。

本発明の更なるもう１つの目的は、加工すべきワークピースの底部上のオペレーティングのツールのリーチを、オペレーションのサイクルタイムを増やすことなく増加させることである。

本発明の更なるもう１つの目的は、ロボットアームが加工すべきワークピース面上のアクセス不能な部分に到達する最も適切な方法を決めるのを支援するロジックを提供することである。

本発明の更なるもう１つの目的は、ロボットアームのアプローチを決めるダイナミックな方法を提供して、そこに固定されているオペレーティングツールに、加工すべきワークピースの面上にある接近不能な部分に到達することを可能にすることである。

本発明の更なるもう１つの目的は、強化された生産性が得られるロボットアームの運転方法を提供することである。

本発明の更なるもう１つの目的は、ロボットアームの「最大リーチ」までの範囲に収まる場所で作業を実施することによって損傷を受けることが制限されているロボットアームの運転方法を提供することである。

本発明の更なるもう１つの目的は、手動介入が最小化されたロボットアームの運転方法を提供することである。

発明の総括
本発明に基づき、制約が多いアクセスオペレーティングポジション中で、加工すべきワークピースに機械加工を施すロボットシステムが提供される，但し、当該システムには、ロボットの制限されたリーチを使って、加工すべきワークピースの面にアクセスするよう改良されたロボットアーム；加工すべきワークピースのすべての側面からからアクセス可能なオーバーラップのエリアを確認しながら、ツールチップの位置座標および底面上に中心線を計算する計算手段；制限されたリーチを使って、加工すべきワークピースの１つの面からフェース面上にある加工すべき前述のワークピースの他の側面から連続して操作されるよう改良されたロボットコントローラー；およびロボットアームの別な方向から、ロボットアームの制限されたリーチを使って、加工すべきワークピースの面上のポジションにアクセスできる部分の間にあるオーバーラップの有限エリアを有効化するよう改良された機械加工ゾーンが含まれる。

リーチを査定する手段は大抵、以下を査定するよう改良される：前述のワークピースのすべての側面から始まる最大リーチ、および前述のワークピースの少なくとも１つの底面を分割し、前述のワークピースの面を限定されたリーチを使って正確に２個の半分に分割する軸、前述の面上にスムースなノッチレスカットアウトを設定するため、前述の軸が前述のワークピースの表面にあるカットアウトプロフィールの湾曲した輪郭と交差するか否かおよびオーバーラップエリアが、前述のワークピースの少なくとも２つの側面から始まる領域の間に存在するか否かを査定するのに適した交差査定手段および前述の中心線の座標、前述の底面で処理されたカットアウトセクションの座標および前述のワークピースを機械加工する前述のロボットアームのリーチを記憶するのに適したメモリー。

コントローラーは大抵、前述のロボットアームとガントリーの協調運用性を操作出来るようにするため、更に改造される。

ワークピースは大抵、メタルワークピースと合金ワークピースからなるグループの中から選ばれる。

ロボットアームに保持するツールは大抵、ロボット装置あるいはＣＮＣ運動装置に固定することができるツールやデバイスからなるグループの中から選ばれ、ワークピースの表面にインパクトを及ぼす。但し、当該インパクトの強さは、運動のスピードおよびツールの傾きに依存する。

前述のロボットコントローラーは大抵、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサーおよびチップ上に埋め込まれたシステム（ＳｏＣ）からなるグループの中から選んだデバイスによって駆動される。

前述の計算手段は大抵、前述のワークピースの当該底面のダイナミックデバイダーをシフトするため、前述のリーチ査定手段および前述の交差査定手段の両方と協調するよう更に改造され、当該ダイナミックデバイダーは、底面上の各輪郭を考慮し、オーバーラップのエリアと相対するそのポジションに従って、シフトさせ、オーバーラップの前述のエリアを超えた場所にある当該底面上の領域を査定する。

本発明に基づき、アクセス運転ポジションでワークピースを機械加工する方法。但し、当該方法には、ノッチレスカットアウトに機械加工を施すため、前述のワークピースの前述の底面に順次アプローチするステップ；ダイナミックデバイダーによって、前述の底面をハーフにほぼ等しい大きさに分割して、前述のワークピースの少なくとも２つの側面から、オーバーラップのエリアを確認するステップ；前述のダイナミックデバイダーを、底面上の各輪郭を考慮して、オーバーラップのエリアに対するその相対ポジションに従って、シフトするステップ；およびオーバーラップのエリアの両境界と交差するこれらの特定輪郭を分割し、その起点にリードインおよびその終点にリードアウトをそれぞれ添付することによって、非クローズ型の独立した輪郭を生成させるステップ、底面上で独立した各輪郭に対するプロセスを、他の輪郭が残っていなくなるまで繰り返すプロセスおよび各方向から、アプローチするため、列中にある輪郭のオーダーでロボットを運転するステップが含まれるものとする。

ロボットアームのリーチを超えた場所にあるワークピースの前述の面上の領域を査定し、前述の面へのアクセスを最適化し、ワークピースの特定する面に限定さわれたリーチを持つワークピース上の当該ツールを通して運転するステップは大抵、ロボットシステムと互換性がある。

前述のワークピースをロボットアームの限定されたリーチの前述の面に配置して、ダイナミックデバイダーのポジションで分割するため、方法には大抵、オーバーラップエリアの両方の境界を交差する輪郭のスプリットにおける起点と終点にリードインとリードアウトをそれぞれ加えるステップが含まれる。

方法には大抵、前述のダイナミックデバイダーに関して、前述のロボットアームの限定されたリーチを使って、前述の面を２つの部分に分割する最適なポジションを底面上の各輪郭を個別に考慮して査定するステップ；前述の面上の各輪郭に対して、前述のワークピースの限定されたアクセス面上に２つの部分を反復して位置せるステップ；および両側から前述のワークピースの長さに沿って、オーバーラップのエリアを超える前述のダイナミックデバイダーを使って、１つのフェースを２個に分割するステップが更に含まれる。

添付図面の簡単な説明
添付図面と関連付けて、本発明の限定しない１つの具体化例を以下の通り説明する；
長方形のワークピース上でオペレーションを実行するのに適した、ガントリー設置式ロボットアームの従来技術に基づく配置を示すライン・ダイアグラムである。 その底面に機械加工を施す長方形のワークピースの透視図である。ここでは、ダイナミック底面デバイダーによって、長方形のワークピースの底面が本発明の１つの具体化例に従ってロジカルに分割されている。 図２に示した長方形のワークピースの底面上にあるオーバーラップエリアを示す。 カットアウトプロフィールが異なる長方形のワークピースの底面のもう１つの画面を示す。 ワークピースの底面への近づきやすさを強化し、それに基づきオペレーションを実行する為のシステムのブロック・ダイアグラムを示す。 図２に示したダイナミック底面デバイダーの配置を制御するためのロジックフロー法を示す。 ロボットアームのリーチを拡張することによって、ノッチの少ない輪郭を構成する方法を表現したフローチャートを示す。

添付図面の詳細な説明
ロボットアームタイプの産業ロボットは一般に、溶接、塗装、組み立て、パレット化、切断およびマテリアル・ハンドリング等を含む様々な利用分野に使われている。このような利用分野の中でロボットアームを使用すると、仕事のスピードと精度が高まる。ロボットアームあるいは産業ロボットによるサービスは大抵、精密金属カット、溶接およびこれらと同等な操作を含む作業用にツールを保持するのに適し関節および３本から９本までの範囲に収まる数の軸の動きによって提供される。産業分野におけるこのような利用に使われるロボットアームは、ロボットアームの動きが、それが持つ「最大リーチ」までの範囲に制限されるように、ガントリーまたは床に設置される。但し、ロボットアームの当該「最大リーチ」は、ロボットアームの取り付け点、ロボットアームのアーキテクチャおよび寸法によって規定される。従って、ロボットアームの関節の中に保持されているツールは限定されたリーチによる制限に直面するので、ツールがそれによって加工を施こさなければならないワークピースの或るエリアに届くことに時々失敗する。

前述の欠点を克服するため本発明は、制約が多い、アクセス運転ポジションでワークピースに機械加工を施すためのシステムと方法を提供する。システムには、水平なワークピースの底面等を含む、ロボットの限定されたリーチを使ってアクセスするのに適したロボットアーム；ワークピースのすべての側面から接近可能なオーバーラップエリアを確認しながら、ツールチップの位置座標および底面上の中心線を計算するのに適した計算手段；限定されたリーチを使って、フェース上の当該ワークピースの他の側面に向けてワークピースの或る側面から、ロボットアームを順次操縦するのに適したロボットコントローラー；およびアプローチの別な方向から、ロボットアームの限定されたリーチを使って、ワークピース面上のポジションにアクセスできる部分の間にあるオーバーラップの有限エリアを有効化するのに適した機械加工ゾーンが含まれる。

本発明の第１局面に更に基づき、システムには、前述のワークピースのすべての側面から最大リーチを査定し、更に寸法が正確に同じ２個の半分に分割された当該ワークピースの面の少なくとも１つを分割する軸を査定するのに適したリーチ査定手段：前述の軸が当該ワークピースの表面上でカットアウトプロフィールの湾曲した輪郭と交差するか否か、および当該底面上にスムースなノッチレスカットアウトを生成させるため、オーバーラップのエリアが当該ワークピースの少なくとも２つの側面から始まる領域の間に存在しているか否かを査定するのに適した交差査定手段および当該中心線の座標、前述のボトムラインにおいて処理されたカットアウトセクションの座標並びに当該ワークピースに機械加工を施す当該ロボットアームのリーチの程度を記憶するのに適したメモリーが含まれる。

第１局面に再び基づき、コントローラーは、前述のロボットアームとガントリーの協調運用性を操作出来るようにするため、更に改造される。

第１局面に再び基づき、前述のワークピースは、メタルワークピースと合金メタルピースからなるグループの中から選ばれる。

第１局面に更に基づき、ロボットアームに保持する当該ツールは大抵、ロボット装置あるいはＣＮＣ運動装置に固定することができるツールやデバイスからなるグループの中から選ばれ、ワークピースの表面にインパクトを及ぼす。但し、当該インパクトの強さは、運動のスピードおよびツールの傾きに依存する。

当該ロボットアームはプラズマ切断ツールとプラズマスプレー・ツールからなるグループの中から選ばれる。前述のロボットコントローラー、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサーおよびチップ上に埋め込まれたシステム（ＳｏＣ）からなるグループの中から選ばれる。

当該計算手段は大抵、前述のリーチ査定手段と前述の交差査定手段の両方と協調させる目的で更に改造される。ここでは、底面上の各輪郭を考慮し、オーバーラップのエリアとの相対ポジションに基づき、当該ワークフェースの当該底面のダイナミックデバイダーをシフトし、更にオーバーラップの当該エリアのリーチ超えた場所に位置する当該底面上の領域を査定する。

本発明の第２局面に基づき、制約が多いアクセス運転ポジションでワークピースに機械加工を施す方法が開示される。当該方法には以下のステップが含まれる：ノッチレスカットアウトプロフィールに機械加工するため、ロボットアームを当該ワークピースの底面に順次アプローチさせるステップ；前述の底面をダイナミックデバイダーによって、殆ど等しい大きさに分割して、少なくとも２つの側面からオーバーラップのエリアを確認するステップ；前述のダイナミックデバイダーを底面上の各輪郭を考慮しながら、それが持つオーバーラップのエリアとの相対ポジションに基づき底面上にシフトするステップ；オーバーラップのエリアの両方の境界と交差する特定輪郭を分割し、起点にリードインを添付し、終点にリードアウトを添付することによって、２つの独立した非閉鎖形輪郭を生成するステップ；底面上にある独立した各輪郭ごとに、他の輪郭が残存しなくなるまで、プロセスを繰り返すステップ；および各方向から、アプローチするため、輪郭の列中のオーダーと異なる順序でロボットを運転するステップ。

本発明の第２局面に再び基づき、ロボットアームのリーチを超えた場所にあるワークピースの当該面上の領域を査定し、前述の面へのアクセスを最適化し、ワークピースの特定面に限定されたリーチを持つワークピース上の当該ツールを通して運転するステップには、ロボットシステムと互換性が付与される。

本発明の第２局面に更に基づき、前述のワークピースをロボットアームの限定されたリーチの前述の面に配置して、ダイナミックデバイダーのポジションで分割する方法には大抵、オーバーラップエリアの両方の境界を交差する輪郭のスプリットにおける起点と終点にリードインとリードアウトをそれぞれ添付するステップが含まれる。

方法には大抵、前述のダイナミックデバイダーに関して、前述のロボットアームの限定されたリーチを使って、前述の面を２つの部分に分割する最適なポジションを、底面上の各輪郭を個別に考慮しながら査定するステップ；前述の面上の各輪郭に対して、前述のワークピースの限定されたアクセス面上に２つの部分を個別に且つ反復して位置せるステップ；および両側から前述のワークピースの長さに沿って、オーバーラップのエリアを超える前述のダイナミックデバイダーを使って、１つのフェースを２個に分割するステップが更に含まれる。

発明の範囲と領域を制限しない添付図面を引用して発明の局面について説明する。発明を例示するため、ロボットアームのリーチが限定されているワークピースの面にアプローチするロボットアームについて、底面上に限定されたリーチを含む水平形のワークピース使って説明する。提供した説明は、ほんの１例および図解を純粋に示したものである。

これらは概略図とそれに対する説明は例証だけを目的とするもので、これらは発明の範囲を制限するものではない。図２は、頂部面１２２，左面１１８、右面１２０、および底面１０２を持つ長方形のワークピース２００を示す。当該ワークピースの機械加工は底面上で行うことが求められる。ここでは、底面上で異なった形やプロフィールに機械加工を施す作業には、サイクルタイムを更に短縮しながら、機械加工ツールの最適な通路と移動を見つけることによって、機械加工操作を行うことが求められる。配置には、長方形のワークピースのバックエンドあるいはフトントエンドからアプローチしないで、当該ワークピースの底面１０２にその側面からアプローチするステップが含まれる。しかし、本発明を、長方形のワークピース２００の底面にある接近不能な部分に到達する最も便利な方法を見つけ、マシンツールの最も適切な通路と移動を見つけることによって、機械加工を実施するためのサイクルタイムを更に短縮し、長方形のワークピース２００の底面にそのバックフェースまたはフロントフェースからアプローチしながら、異なったカットアウトプロフィールに機械加工するのに使用することができる。

長方形のワークピース２００の底面１０２は、そのシングルサイドから完全に接近することは可能でないが、長方形のワークピース２００の底面１０２は、或る側面および他の側面から部分的に接近することが可能である。より詳しくは、長方形のワークピース２００の底面１０２は理論的に、ワークピースのどちらか一方の側からアクセスできる２つの部分に分けられる。

この計算を容易にするため、計算の始めに想定して開発された方法では、ロジカル底面デバイダーがワークピースの長さと平行な底面の正確な真ん中に置かれて、底面を等しい大きさに二分する。方法に含まれている計算の最中に、このデバイダーは、本発明の目的を達成するように分割して配置される。

添付図面の図３には、ワークピース２００の底面１０２が拡大して示されている。ワークピースの左手側１１８からワークピース２００の底面１０２にアプローチするロボットアームがライン１４０までの最大リーチを持ち、且つＸ１で示され、ワークピース２００の底面１０２に右手側１２０からアプローチするロボットアームがライン１３０までの最大リーチを持ち、且つＸ２で示される場合、Ｘ３なるマークを付けた領域には、ワークピース２００の両サイドから接近でき、当該領域はオーバーラップのエリアと呼ばれる。ワークピースがオーバーラップのエリアを持たない場合、これは、ワークピース２００の或る部分には、ワークピース２００のいずれの側からアプローチしても、接近出来ないことを意味する。より詳しくは、カットアウトプロフィールに便利に機械加工するため、ワークピースを、すべてのカットアウトプロフィールが、なるべくＸ１とＸ２の接近可能なエリアの中に位置するように配置する。したがって、Ｘ３はゼロ以上となる。これは、接近可能なエリアの要件に基づき、底面を処理するため、ワークピースの寸法限界を規定することも助ける。

添付図面の図４と図３はワークピースの底面を示す。より詳しくは、図４は、その上で処理すべき幾つかのプロフィールと一緒に、底面を示す。図４と図３の両方は、計算手段がこれらの成形したプロフィールを処理する方法を最適化する方法を強調して示す。プロフィールは図４の中で、様々な可能性を限定しない例として、幅広くカバーするように選ばれる。図４は、底面１０２を、底面をワークピースの長さに沿って正確に２つのハーフに二分する仮想軸Ｃにあるダイナミックデバイダーと一緒に示す。図４中に見られるように、図４の中に「Ａ」によって描かれた軸またはラインは、リーチ査定手段によって査定された通り、左側１１８からアプローチするとき、ツールの最大リーチを示す。同様に、軸「Ｂ」は、左側１２０から底面にアプローチするとき、ツールの最大リーチを仕切る。オーバーラップのエリアは、ラインＡとラインＢの間にＸ３の幅を持つ。

本発明具の具体化要件に基づき、図４に示すような底面軸「Ｃ」のダイナミックデバイダーは、それに基づき計算手段１００４が底面上に要求された形に処理する参考方法を形成する。処理の第１レベルにおいて、底面上に位置し、ダイナミックデバイダーと交差ししないすべての形が、これらが「Ｃ」と関連するサイドから処理される。より詳しくは、図４中の形３１０はこの条件を満たしているので、当該形は、１０２の左側１１８からそれにアプローチすることによって、ツールで処理される。ダイナミックデバイダーと交差し、１サイドだけがオーバーラップのエリアを超えてもよい形と共に第２のケースが生じる。

より詳しく述べれば、図４中の形３１２は、Ｃを交差し、Ａを交差することによってオーバーラップのエリアを超えるようになる形である。計算手段は、ダイナミックデバイダーＣをＣ１の左に動かす結果をもたらすオーバーラップのエリアを超えるか、当該境界と交差する側から離し、３１２に対して、輪郭を右側１２０からダイナミックデバイダーを事実上Ｃ１に移すことによって、この形の完全なアクセスビリティーは１サイドだけから可能であると査定しているので、シェーププロフィール３１２を処理するためだけで、Ｃ１に動かし、シェーププロフィール３１０の場合と同じに処理される。

オーバーラップのエリアがワークピースの長さ沿う部位にない場合がある。計算手段１００４は、このシェーププロフィールを１つの側だけから処理できないと査定している。より詳しく述べれば、シェーププロフィールは、一方の側だけからそれにアプローチしても、ロボットアームによって処理するこができない。このステージで、計算手段１００４は、この形を事実上２つの部分に分けるように、ダイナミックデバイダーの最適なポジションを査定する方法を実行する。ここでは、各部分は個別に上記のケースを縮小して、３１０のケースのように、スムースな輪郭を切断するか、操作することができる。方法は、部品の起点と終点にリードインとリードアウトもスクラップゾーン中にそれぞれ添付して、２つの部品がスムースに連結されることを保証する。

図５には、システム１０００が、適切に計算して、ワークピース２００の底面１０２上の配置を理論的に査定するのに適しているように描かれている。ここには、リーチ査定手段が、ロボットアームのリーチをワークピース２００の両サイドから査定する目的で提供されている。当該システムには、ワークピース２００の底面上で機械加工すべきプロフィールの寸法と座標を査定する計算手段１００４；交差査定手段１００６も、カットアウトプロフィールの湾曲した輪郭を交差するか否かを見つける目的で、提供されている。リーチ査定手段１００２、計算手段１００４、交差査定手段１００６から取得したインプット信号に基づき、ワークピース２００の長方形の底面１０２が、ロジカル分割ライン１０８であるダイナミックデバイダーの底面をフェース上の各輪郭に繰り返して使用ことによって、左の部分１０４と右の部分１０６に（底面をロジカルに図２示すような２つの部分１０２と１０４に分割することを含んで）分割される。ワークピース２００の両側面を起点とするロボットアームのリーチに更に基づき、ワークピース２００の底面が分割されるべきか否かに関する決定が、システム１０００によってなされる。例えば、或る側面を起点とする底面上の最大リーチにカットすべきすべての輪郭が含まれる場合、発明の第１局面に基づき、すべての輪郭が各側面から処理され、運転のサイクルタイムが最小化される。

もう１つの具体化例に基づき、底面デバイダー１０８の位置を、機械加工ツールに底面上のカットのプロフィールに対してアクセスビリティーを持たせることを可能にする目的で変えてもよい。ワークピースのボトムサイド上の各点がオーバーラップのエリアによってカバーされている場合、これをフェースのコーナーまたは端に保持してもよい。計算手段１００４は、底面１０２が分割されるべきか否かに関して決断を行うのにも適し、当該手段は、底面のダイナミック分割中に複雑性もチェックする。計算手段によってなされた決定は、図６に示すような事前に設定された一連のロジックに基づく。

ワークピース２００の底面上でシェープを分割するステップが選ばれるとき、Ｘ３領域中に保持した状態で、ワークピース２００の底面１０２の上で機械工すべき各輪郭プロフィールの湾曲した最小数の部分と交差するような方法で選択される。分割ラインあるいはダイナミックデバイダー１０８を内部輪郭のシェープあるいは外部輪郭のシェープの湾曲した部分との交差を回避するように、Ｘ３領域の中に動かすことが不可避である場合、分割ライン１０８をカットアウトプロフィールの湾曲した部分と交差させ、その部分の起点にリードインを添付し、その部分の終点にリードアウトを添付し、これによって、分割ライン１０８のいずれかの側面に位置する互いに異なる２つのカットアウトプロフィールに分割させる。

ワークピース２００の左手側からアプローチすることによって、分割ライン１０８の左手側で処理されたカットアウトプロフィールに沿って、移動の第１パスを規定するため、機械加工用のツールをまず動かし、その後、移動の第２パスを規定するため、ワークピース２００の右手側からアプローチすることによって、機械加工用ツールを最初に動かす。しかし、スプリットライン１０８の機械加工されるべきカットアウトプロフィールの湾曲した輪郭部分との交差は、機械加工ツール移動の第１パスと第２パスにおける当該配置が機械加工ツールの交差ポイントにノッチが生成されるので回避される。

底面デバイダー１０８が底面上で機械加工されるカットアウトプロフィールの湾曲した輪郭を分割する場合、分割ライン１０８をプロフィールの半径に等しい距離プラスクッション値だけ、各サイドか各サイドから始まる最大リーチまでの範囲に収まるまで、左方向か右方向に向けて移動させる。底面デバイダー１０８をシフトさせた後、スプリットライン１０８が機械加工すべきカットアウトプロフィールの輪郭と交差しない場合、機械加工運転が開始される。輪郭がオーバーラップのエリアの両方の境界を交差して広がっているので、プロフィールを分割することが不可欠である場合、計算手段が、可能なら、プロフィールの湾曲した部分と交差しないダイナミックデバイダー・スプリッテイングラインの位置を決める。この方法で、スプリットライン１０８の、機械加工を施すべきカットアウトプロフィールの湾曲した輪郭部との交差は回避する。

しかし、場合によっては、ダイナミックフェースデバイダーを動かして、ゾーンＸ３の中に分割されることを回避することが可能でないかもしれない。この場合、最大半径値を分割するため、参考文献が付与される底面デバイダー１０８の位置を設定した後、底面１０２を事実上底面フェースデバイダーに沿って分割し、これによって、長方形のワークピース２００の５つの側面、１０４、１０６、１１８、１２０および１２２を得る。従って、５つの側面をつけたワークピース２００のための情報および処理すべき個別プロフィールと座標と一緒に機械加工ツールがインプットされる。

底面デバイダーの位置、ワークピース２００の底面１０２で処理されたカットアウトセクションの位置と座標およびワークピース２００の両側面から機械加工ツールを運ぶロボットアームのリーチは、運転を行うため、更に読みとられる一時的メモリー１００８の中に記憶される。この一時的メモリー１００８は、ロボットアームあるいはガントリーに取り付けたロボットを制御するのに適したコントローラー１０１０によって読みとられる。ワークピース上でロボットア−ムの動きを制御するドライビング手段１０１２および切断手段１０４０の引き金を引くと、コントローラー１０１０の運転が開始される。

計算手段１００４は、底面デバイダー１０８により、機械加工運転を実施する為のサイクルタイムに及ぼす底面１０２のダイナミック分割のインパクトを最小化するように改造される。より詳しくは、計算手段１００４は、底面１０２上の形を分割すべきか否かに関する決定を行う。輪郭や形が主にリードインおよびリードアウトの増加、カット距離の増加、機械加工ツールの２倍のターンオンおよびターンオフに起因して分割されるとき、機械加工運転のサイクルタイムは増加する。インパクトを最小化するため、計算手段は、分割要件を回避する試みを行って、デバイダーランタイムにダイナミックにオーバーラップのエリア内の当該ポジションに位置させる。この場合、その形のスプリットポジションを最適化するため、分割に対してファクターを考慮することは不可避である。

外部輪郭を分割するステップにおける複雑さは、最もポピュラーなフォーマットのソースファイル中で、外部輪郭が、パラメータを使ってトレースされるので、内部輪郭を分割するステップの場合よりよりはるかに小さい。例えば、円１１４または円１１２の内部輪郭はシステムにセンターおよび半径値として付与される、外部輪郭は座標値のレースとして付与される。それ故に、計算手段１００４は、底面上にある一切のプロフィールの座標を読み取り、運転時に内部輪郭の分割を回避することによって、ボトムデバイダーをどこに配置するか決め、不可避である場合、内部輪郭の分割を実行する。従って、計算手段１００４は、サイクルタイムの削減および性能と維持管理能力をハイの状態に保つ計算における複雑性コントロールを提供しながら、最適なバランスを達成する。

本文書に開示した計算手段１００４は、ダイナミック分割中に複雑性をチェックするのに適している。当該複雑性チェックは、底面１０２上の底面デバイダー１０８の位置の決定および分割に関与する複雑性の最小化を容易にする。しかし、システム・コンフィギュレーションや性能と関連にしてなされた変更に適合させるため、優先権を変更することは、本発明の範囲の中にある。

ナットシェルの中で、底面デバイダー１０８の位置決めに関する決定は、近接性を高め、サイクルタイムに及ぼすインパクトを減らし、この優先権で、底面にアプローチするステップの複雑性を削減する３つの主要な目的によって支配される。

図７は、ノッチレスプロフィールに機械加工する方法を描いたフローチャート７００を示す。第１ステップ７０２には、前述のワークピース上で、ノッチレスカットアウトプロフェールに機械加工するため、ワークピースの底面に順次アプローチするロボットアームが含まれる。リーチ査定手段はワークピース上のすべての側面から最大リーチを計算する。第２ステップ７０４には、前述の底面をダイナミックデバイダーによって、殆ど等しい大きさの半分に分割して、前述のワークピースの少なくとも２つの側面から、オーバーラップのエリアを確認するステップが含まれる。第３ステップには、前述のダイナミックデバイダーを、オーバーラップのエリアとの相対ポジションに従って、底面の各輪郭を考慮してシフトするステップが含まれる。第４ステップ７０８には、オーバーラップのエリアの両方の境界を交差し、起点にリードインを添付し、終点にリードアウトを添付することによって、２つの独立したノンクローズ形の輪郭を生み出すこれらの特定輪郭を分けるステップが含まれる。第５ステップ７１０には、底面上の独立した各輪郭に対して、他の輪郭が残っていなくなるまで、プロセスを繰り返すステップが含まれる。第６ステップ７１２はロボットに、各方向からアプローチするため、列内にある輪郭の順序で底面上で運転することを求める。

技術の進歩と経済的重要性
本発明は、水平なワークピースの底面のような限定されたリーチを使って、ワークピースの面に便利にアプローチするロボットアームの関節の中に保持されている運転ツールの作用を促進し、ロボットのリーチが限定されているワークピースの面の近接性のエリアを効果的に利用し且つ最小化することによって、その上で運転を実施する方法を提供する。ワークピースの底面上で運転を実施する方法は、運転のサイクルタイムを短縮し、これによって、生産性を向上させるに適している。運転を実施する方法には、リアルタイムに計算を実行し、ロボットアームが、ワークピースの接近不能な部分に到達する最も適し、且つ最適化された方法を決めるのを容易にする計算手段が更に含まれる。本発明に基づいて働くロボットアームは、最大リーチまでの範囲内で働くので、ダメージの付与が阻止される。ロボットアームを運転する方法は手動介入を更に減らす。

ツールスコープ：
切断手段、プラズマツールまたはジャストツールなる用語は、例証および例によって発明の原則を説明する目的で使われてきた。しかし、発明の完全な範囲は、ロボット装置あるいはＣＮＣ運動装置の固定でき、ワークピースの表面にインパクトを付与するツールやデバイスの上に存在する。ここでは、インパクトは、動きのスピード、ツールの傾き等のような内部パラメータに依存する。本発明の範囲に属する幾つかの例やツールは、プラズマ金属カッテングトーチ、塗装ガン、プラズマスプレー、アーク溶接、ウォータージェット、レーザー切断ツール、面取りツールおよび研削ツールである。

再び第１局面に基礎づき、ワークピースは、メタルワークピースと合金ワークピースからなるグループの中から選ばれる。当該ロボットアームは、プラズマ切断ツールとプラズマスプレー・ツールからなるグループの中から選ばれる。前述のロボットコントローラーは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサーおよびチップ上に埋め込まれたシステム（ＳｏＣ）からなるグループの中から選ばれる。

本発明は前もってき規定した複数の場所にある物質上で行う切断ツールとスプレーツールの操作に適用できる。ツールのアウトプット／アウトカムは、マテリアル上の規定した場所でツールを運転するか当該場所にツールが示される時間に直接比例する。問題のツールには、以下のツールを含めることが出来る：切断ツール、連結ツール、溶接ツール、メッキツール、バリ取りツール、清掃ツール、面取りツール、研磨ツール、バフ研磨ツール、ミリングツール、タッピングツール、縫い合わせツール、成形ツール、ブラシ、成形ツール、塗装ツール包含されたシステムと対応する方法は、アウトプットの寸法精度を維持しながら、ロボットアームの拡張されたリーチを事実上提供するため、システムの部分でインテリジェントオペレーションを可能にする。

様々な物理的パラメータ、寸法および量に付与された数値は、概略値にすぎないので、物理的パラメータ、寸法および量に割り当てた数値より高い値は、相反する陳述がない限り、発明と特許請求の範囲に収まると思われる。

この発明の特定機能がかなり強く強調されているが、様々な改造をおこなうことが出来、望ましい具体化の中に多くの変更が、発明の原則から外れることなく行うことが出来ることは感謝される。この分野の技能に精通した人々にとって、発明あるいは望ましい具体化の性質に施すこれらおよびその他の修正は本書に開示されたものから明白であり、前述の説明事項は、発明の限定しない単なる説明であると解釈されるべきであると明らかに理解されるべきである。

Claims (11)

1. アクセスが限定的な作業位置においてワークピースに機械加工を施すロボットシステムであって、
   水平なワークピースの底面のような、ロボットのロボットアームのリーチが限定されているワークピースの面にアクセスするように適合されたロボットアームと、
   前記ロボットアームに保持されたツールの先端の位置座標および前記底面上の中心線の位置座標を、ワークピースのすべての側からアクセスできるオーバーラップのエリアを確認しながら、計算するように適合された計算手段と、
   前記リーチが限定されている面上でワークピースの一方の側からワークピースの他方の側へ前記ロボットアームを連続して操作するように適合されたロボットコントローラーと、
   前記ロボットアームのリーチが限定されているワークピースの面上のアクセス可能な部分の間に前記オーバーラップのエリアを有するように適合された機械加工ゾーンと
   を含むシステム。
2. 前記ワークピースのすべての側からの最大リーチと、前記ワークピースの底面および前記リーチが限定されているワークピースの面の少なくとも一方を正確に２個の半分に分割する軸とを査定するように適合されたリーチ査定手段と、
   前記底面に滑らかな切削痕のない切り抜きを形成するために、前記ロボットアームのリーチが限定されているワークピースの面の切り抜き形状の湾曲した輪郭と前記軸が交差するか否か、および前記ワークピースの少なくとも２つの側からアクセス可能な領域の間に前記オーバーラップのエリアが存在するか否かを査定するように適合された交差査定手段と、
   計算された前記中心線の位置座標と、前記底面に配置された前記切り抜き形状の位置座標と、前記ワークピースに機械加工を施す前記ロボットアームのリーチの大きさとを記憶するのに適したメモリーと
   を更に含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記コントローラーは更に、前記ロボットアームとガントリーの協力運転機能を操作するように適合される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ワークピースは金属製ワークピースと合金ワークピースからなるグループの中から選ばれる、請求項１に記載のシステム。
5. 前記ロボットアームに保持された前記ツールは、ロボット装置あるいはＣＮＣ運動装置に固定することができ且つ前記ワークピースの底面に衝突するツール又はデバイスからなるグループの中から選ばれ、前記衝突は、運動のスピードおよびツールの傾きに依存する、請求項１に規定した記載のシステム。
6. 前記ロボットコントローラーは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサーおよび組込みシステムオンチップ（ＳｏＣ）からなるグループの中から選んだデバイスによって駆動される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記計算手段は更に、前記底面に機械加工される切り抜きの各輪郭を考慮しながら、前記オーバーラップのエリアに対するその位置に従って、前記ワークピースの前記底面のダイナミックデバイダーをシフトし且つ前記ロボットのロボットアームの限定されたリーチを超える前記底面の領域を査定するため、前記リーチ査定手段および交差査定手段の両方と協働するように適合される、請求項１に記載のシステム。
8. アクセスが限定的な作業位置においてワークピースに機械加工を施す方法であって、
   切削痕のない切り抜き形状を機械加工するためにロボットアームで前記ワークピースの底面に順次アプローチするステップ（ｉ）と、
   前記ワークピースの少なくとも２つの側からのオーバーラップのエリアを確認するようにダイナミックデバイダーで前記底面を大きさが殆ど等しい２つの半分に分割するステップ（ｉｉ）と、
   前記底面に機械加工される切り抜きの各輪郭を考慮して、前記オーバーラップのエリアに対するその位置に従って、前記ダイナミックデバイダーをシフトするステップ（ｉｉｉ）と、
   前記オーバーラップのエリアの両方の境界と交差する特定の輪郭を分割し、その起点にリードインを加え且つその終点にリードアウトを加えることによって、２つの独立した非閉鎖形の輪郭を生成するステップ（ｉｖ）と、
   他の輪郭が残っていなくなるまで前記底面にある独立した各輪郭に対して前記ステップ（ｉ）から（ｉｖ）を繰り返すステップ（ｖ）と、
   各方向からのアプローチのための待ち行列における輪郭の順に前記ロボットアームで前記底面において作業するステップ（ｖｉ）と
   を含む方法。
9. 前記ロボットアームのリーチを超えた場所にある前記ワークピースの底面上の領域を査定し、且つ前記ロボットアームの前記底面へのアクセスを最適化するステップを更に含み、前記ロボットアームは、任意のロボットシステムに適合し、前記ワークピースの底面においてツールを使って作業し、限定されたリーチを有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記ダイナミックデバイダーの位置で分割され、ロボットの前記ロボットアームのリーチが限定されている前記ワークピースの底面に形成される、前記オーバーラップのエリアの両方の境界と交差する輪郭の、分割における起点と終点にリードインとリードアウトをそれぞれ加えるステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記ロボットアームのリーチが限定されている前記ワークピースの底面を、前記底面にある各輪郭を個別に考慮して２つの部分に分割するために、前記ダイナミックデバイダーの最適な位置を査定するステップと、
    前記ワークピースの長さに沿って両側からの前記オーバーラップのエリアで前記ダイナミックデバイダーを使って１つの面を２つに分割することによって、前記底面の各輪郭に対して、前記２つの部分を前記ワークピースの底面に繰り返し配置するステップと
    を更に含む、請求項８に記載の方法。
    

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